Assessment of agro-forest and industrial residues potential as an alternative energy source

Abstract

A geração de energia a partir de fontes alternativas e renováveis são importantes para o desenvolvimento sustentável da bioeconomia mundial, pois seu uso mitiga questões ambientais como a emissão de gases de efeito estufa. Das fontes de energia disponíveis, a biomassa revela enorme potencial de expansão devido as reservas existentes e caraterísticas versáteis, as quais auxiliam no abastecimento da demanda energética e a redução do acúmulo de resíduos. Vários países tem como objetivo promover e apoiar a expansão ao da bioenergia. No entanto, para aumentar a participação das energias renováveis, e necessário explorar as políticas, as novas tecnologias e a avaliação de biomassa sustentável. Esta tese investigou uma variedade de biomassa residual, abrangendo agro-floresta, e processos industriais. Tais resíduos podem representar preocupação ambiental, se descartados de forma inadequada e sem tratamentos apropriados. A diversidade considerável de fontes de biomassa e as diferenças em sua estrutura química requerem uma avaliação das propriedades e o impacto correspondente nos processos de conversão escolhidos. A qualidade da biomassa não tratada apresenta desafios para o seu uso e a conversão em produtos de valor agregado em grande escala. Esta tese teve como objetivo caracterizar a recuperação de resíduos estudando as alternativas de conversão de energia por meio de processos termoquímicos (carbonização hidrotérmica, gaseificação, pirolise, combustão direta) e físico-químicos (briquetagem). A caracterização de biomassas residuais da cadeia produtiva do café para fins energéticos foi estudada. Os resultados não disponíveis na literatura antes deste estudo são uma ferramenta fundamental para descrever o impacto dos componentes químicos na decomposição térmica e outras possíveis aplicações. Os resíduos sólidos de café apresentaram elevados teores de voláteis, celulose e hemiceluloses, características atrativas no processo de degradação térmica. O HHV entre 16-24 MJ kg −1 (base seca), análogo as biomassas comumente usadas na geração de energia, também foi observado nos resíduos de café. O desempenho dos processos de conversão n ˜ ao depende apenas das características da matéria- prima, mas também dos parâmetros do processo. As tecnologias de conversão termoquímica foram estudadas através de balanços de massa e energia. Resultados como o potencial alternativo de geração de calor e eletricidade para áreas locais por meio da tecnologia de gaseificação, que reportou taxa de conversão de energia de 84 % para o pergaminho de café cereja, foram observados. Além disso, a avaliação da carbonização hidrotérmica (HTC) foi estendida a procedimentos experimentais usando varias biomassas de resíduos agroflorestais e industrias de importância mundial. Como o processo requer o fornecimento de calor, a integração com plantas de calor e energia (CHP) foi simulada a fim de analisar o potencial do tratamento HTC como um processo atraente para biorrefinaria usando resíduos de biomassa. A integração do HTC permitiu um desenho de processo mais simples com um benefıcio eficiente, fornecendo um vapor de extração disponível em níveis de pressão suficientes. Além disso, os lodos primário e secundário das estações de tratamento de efluentes das fabricas de polpa celulósica, foi estudado através da tecnologia HTC, a integração ao processo da fabrica de celulose também foi avaliada a fim de aumentar as alternativas de captura de carbono. Propriedades físicas, mecânicas e químicas da densificação de biomassa também foram estudadas nesta tese, briquetes de resíduos agro-florestais produziram um combustível solido de forma regular e alta densidade de energia ´ e resistência, para uso em sistemas de queima na própria fabrica