Estudo da viabilidade do resíduo sólido urbano como fonte energética para processos termoquímicos de gaseificação.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Físico-Química

Autores

Tolote, L.S. (IFG) ; Carvalhaes, V. (IFG) ; Ghesti, G.F. (UNB) ; Guimarães, M.G. (UNB)

Resumo

A possibilidade de utilização de resíduos sólidos urbanos (RSU) como combustível em um processo termoquímico de gaseificação, foi o escopo deste trabalho. Para tanto foi utilizado o resíduo proveniente do aterro sanitário controlado do município de Novo Gama-GO. Este resíduo foi tratado e após a caracterização obteve como resultados: C 51,41% e H 6,48%, teor de umidade 34,44%, teor de matéria volátil 14,42%, teor de cinzas 5,28%, teor de carbono fixo 80,29%, poder calorífico superior de 17.110 kJ/kg. Foram realizadas análises térmicas de TG, DTA e DTG. Os resultados foram comparados com outras biomassas utilizadas como combustíveis em gaseificadores, e comprovado que este resíduo possui energia suficiente para ser utilizado como combustível.

Palavras chaves

Residuo Solido Urbano; Eficiencia Energética; Processos termoquímicos

Introdução

Dados dos países representantes da Organização de Cooperação Econômica e Desenvolvimento (OCED) demonstram que a geração de resíduos sólidos urbanos registrou uma produção, no Brasil, de 295 milhões de toneladas, em 2013, e possui tendências de aumento. (GEO, 2015) O crescimento da população urbana traz como ponto de atenção um constante aumento na produção de resíduos no geral, e o aumento da demanda por energias, que são necessárias para o abastecimento das cidades. Como há dois problemas relacionados ao crescimento populacional, no Brasil e no mundo, uma importante solução seria de trabalhar com o resíduo gerado aproveitando o seu poder energético como fonte para processos que o converta em energia utilizável. O resíduo sólido urbano (RSU) faz parte do grupo das biomassas. Para que possa realizar o seu aproveitamento energético, por meio de processos de conversão termoquímicos como gaseificação, deve-se conhecer as suas propriedades e características físicas e químicas. (HUMBERTO, et. al. 2011) O objetivo deste trabalho é a caracterização de RSU, amostras do município brasileiro do Novo Gama - GO, que possui cerca de 95.018 habitantes e produz cerca de 70 t/dia (toneladas por dia) de RSU (ABRELPE, 2011), por meio das análises: elementar, imediata, térmicas e de poder calorífico a fim de estudar sua viabilidade para sua aplicação na geração de energia. por meio de processos termoquímicos.

Material e métodos

A determinação dos elementos C, H e N, exceto o O, que constituiu-se como análise elementar, foram realizadas conforme procedimentos das normas ABNT NBR E775, E777, E778 e E870, e determinados por espectrometria de fluorescência de raio-X (FRX/EDX). As análises imediatas realizadas foram: teor de umidade (ABNT NBR 8112/886 e E871), o teor de cinza (ABNT NBR 8112/86 e D1102), teor de matéria volátil (ABNT NBR 8112/86 e E872), o teor de carbono fixo (ABNT NBR 8112/1986). As curvas de TG/DTG foram obtidas em um 2960 Simultaneous DSC-TGA da empresa TA Instruments, com taxa de aquecimento de 10ºC por minuto, saindo da temperatura ambiente (aproximadamente 25ºC) até 1000ºC em fluxo de 20 ml por minuto de ar sintético (80% ± 0,5 de N2 e 20% ± 0,5 de O2 Para análise do poder calorífico de resíduos derivados de madeira e RSU utiliza-se a norma a ASTM E711-87 e por meio da norma NBR 8633. Para a análise elementar os difratogramas de raios-x foram obtidos em um difratômetro Rigaku D/Max-2A/C com radiação Cu-Kα de 1.5418 Å (40 kV e 20 mA). A faixa de varredura do ângulo de Bragg foi de 2 a 90º com uma taxa de 2º/min. Para determinação das composições dos gases no equilíbrio químico para gaseificação utiliza-se o software ComGas v1.2 (NOGUEIRA, et al., 2008). Os resultados foram agrupados e analisados em termo de energia para o processo termoquímico de gaseificação.

Resultado e discussão

A amostra analisada pela fluorescência de raio-x apresentou um material aparentemente amorfo e trata-se de uma estrutura basicamente orgânica. Para a estimativa do poder calorífico, foi feita a análise em triplicata e com ausência de teor de umidade. Desta forma o poder calorífico superior, apresentou o valor médio de 17.110 kJ/kg com desvio padrão de 1.522,53 kJ/kg e 8,90% de coeficiente de variação podendo-se entender que há uma baixa dispersão dos resultados. Os resultados das análises elementares e imediatas foram comparados com outras biomassas, que também são submetidas a processos termoquímicos de gaseificação, verifica-se uma linearidade às demais biomassas. A Tabela 1 apresenta estes dados. A curva de TG analisada possui três faixas de perdas de massa características. Por meio da curva de DTG pode ser possível verificar as temperaturas que representam as máximas taxas de variação da massa da amostra durante o experimento, sendo possível verificar 4 picos, sendo eles respectivamente: 79,99ºC; 311,94ºC; 433,28ºC e 447,83ºC. Na curva da análise térmica diferencial (DTA) observa-se que o RSU apresenta um vale marcante a 86,38ºC o que caracteriza um processo endotérmico provavelmente decorrente da ebulição de compostos orgânicos de baixo peso molecular e água e ainda apresenta outros 4 picos a 320,40ºC; 413,04°C; 437,73°C e 452,26ºC caracterizando o processo exotérmico relacionado à combustão da matéria orgânica de cadeias mais pesadas. Com os dados da caracterização do RSU pode-se simular o tipo de gás produzido em um processo de gaseificação por meio de um software. Com a simulação verificou-se que com razão de equivalência menor do que 1 há a produção de CO e H2, que são gases característicos de processo de gaseificação. A figura 1 evidencia essas informações.

Fonte: ComGas v1.2

Conclusões

Para que o RSU seja considerado um combustível com potencial energético para ser utilizado em processos termoquímicos que garanta a sua conversão energética é necessário analisar esta biomassa por meio da sua caracterização. Logo resultados como o poder calorífico que foi de 17.110 kJ/kg e o teor de umidade que foi de 34,44% são importantes no momento de definição do tipo de processo termoquímico a que o RSU será submetido. Desta forma pode-se verificar que a amostra de RSU analisado pode ser convertido energeticamente ao invés de apenas depositado em aterros.

Agradecimentos

A UNB e aos professores e técnicos que se dispuseram a participar da pesquisa. Aos professores do IFG-Campus Goiânia pelo incentivo a participação no CBQ.

Referências

ABRELPE. 2010. Panorama dos resíduos sólidos no Brasil 2010. São Paulo : s.n., 2010.

GEO. 2015. Global Environment Outlook 5 - Environment for the future we want. s.l. : United Natinons Environment Programme, 2012. 978-92-807-3177-4.

HUMBERTO, J. J.; JONATHAN, A. B. Escola de combustão - Capítulo 2: Caracterização de resíduos. Salvador : Rede Ncional de Combustão, 2011.