Avaliação do uso de biomassas do Rio Grande do Sul para a geração de energia via co-combustão com carvão mineral.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Tecnológica

Autores

Saibro de Castro, E.M. (CIENTEC) ; Mazzini Fontoura1, L.A. (CIENTEC) ; de Souza, G. (CIENTEC)

Resumo

O presente trabalho buscou investigar o aproveitamento de resíduos de origem vegetal e animal, como casca de arroz, cavaco de eucalipto e aparas de couro, com a finalidade de avaliar o seu potencial para uso nos processos de co-geração junto com carvão mineral. Os combustíveis foram caracterizados por meio de análise imediata, análise elementar, poder calorífico e termogravimetria. Observou-se valores de poder calorífico das biomassas próximos ao do carvão e baixo teor de enxofre na casca de arroz e cavaco de eucalipto. Os ensaios de combustão e co-combustão foram realizados por termogravimetria. Também realizou-se avaliação das emissões durante a combustão de eucalipto e carvão, constatando-se um decréscimo significativo na emissão de SO2 para a combustão do eucalipto comparado ao carvão.

Palavras chaves

biomassa; carvão; co-combustão

Introdução

O Brasil dispõe de uma grande variedade de culturas nativas e resíduos de diversos tipos, a qual permite que o país busque fontes alternativas para a geração de energia elétrica. Para evitar crises de abastecimento de energia elétrica em algumas regiões do país e atender a demanda, uma alternativa poderia ser o emprego do carvão mineral, cujas reservas concentram-se na região sul do Brasil, sendo que aproximadamente 90% do total se encontram no Estado do Rio Grande do Sul. O carvão mineral tem uma relevância na matriz energética mundial devido à sua abundância em diferentes locais geográficos. Entretanto, esse combustível fóssil apresenta algumas desvantagens devido às altas concentrações de enxofre e os grandes teores de cinzas. Neste sentido, vem crescendo, atualmente, o interesse pela busca de combustíveis sólidos renováveis alternativos, em particular rejeitos de processos industriais, como a biomassa de madeira, couro, casca de arroz, entre outros. O emprego de tais resíduos finaliza o ciclo da produção e seleciona tecnologias limpas e fontes sustentáveis. As emissões de poluentes ocorrem quase na sua totalidade pela queima de combustíveis, ocorrendo no processo de geração elétrica em diferentes momentos. Para minimizar as emissões geradas nos processos de combustão do carvão em termoelétricas, uma alternativa é a sua substituição parcial por diferentes biomassas. Assim diante do exposto, e considerando as variedades de biomassa abundantes no Rio Grande do Sul, a co-combustão de carvão mineral gaúcho com cascas de arroz, cavacos de eucalipto e aparas de couro foi investigada e o potencial energético e a diminuição de emissões de SO2 foram avaliados.

Material e métodos

Na parte experimental utilizaram-se amostras de carvão mineral extraído da mina de Candiota-RS (CC), cavaco de eucalipto (CE), casca de arroz (CA) e aparas de couro de luvas (AC). Este trabalho buscou a utilização de resíduos em sua forma bruta, não utilizando nenhum tratamento prévio como secagem ou torrificação. As seguintes análises foram realizadas para o estudo dos combustíveis: análise elementar (C, H, O, N e S), análise imediata (carbono fixo, cinza, material volátil e umidade higroscópica), determinação de poder calorífico, termogravimetria e ensaio de combustão em forno tubular elétrico com monitoramento contínuo de SO2. A análise termogravimétrica ocorreu a uma taxa de 5°C min-1 até atingir 200°C, e, após, a taxa era alterada para 10°C min-1 e o aquecimento feito até 800°C, sob fluxo de ar sintético com uma vazão de 20 mL min-1. Todas as amostras passaram por um moinho de facas, para diminuição de sua granulometria devido às pequenas dimensões do cadinho da termobalança. Os ensaios termogravimétricos se dividiram em análises de combustão das biomassas e carvão e realizou-se a escolha de uma das amostras para o ensaio de co-combustão, no caso um mistura de carvão e biomassa de eucalipto em uma proporção de (80:20). Para o teste no forno tubular com análise dos gases, utilizaram-se as amostra de carvão e cavaco de eucalipto, devido à abundância disponível para avaliar esse tipo de uso no Estado. Para o teste, os gases foram monitorados com um analisador portátil de gases de combustão conectado na saída do reator. O ensaio consistiu no aquecimento até 750°C em uma taxa de aquecimento de 10 ºC min-1, sob atmosfera de ar sintético.

Resultado e discussão

Na Tabela 1 estão apresentados os resultados de análise elementar, análise imediata e poder calorifico das amostras de CC, CA, CE e AC. A análise elementar apontou um teor de C, H e O superior para as biomassas, o que também se relaciona ao seu maior poder calorífico. O carvão mineral apresentou um teor de enxofre de 1,45%, muito acima do valor determinado para a CA e CE. A amostra AC apresentou 2% de enxofre. Assim, a análise elementar apontou para o cavaco de eucalipto e casca de arroz como biomassas promissoras para minimizar a emissão de SO2 quando da sua co-combustão com o carvão mineral. Nas medidas de poder calorífico, pode-se observar que o seu valor foi superior para todas as biomassas quando comparado ao carvão mineral. O teor de cinzas encontrado para o carvão na análise imediata foi de 54,5%, enquanto que o seu valor variou entre 4,23 e 20,48% para as biomassas. A Figura 1 mostra os termogramas de combustão das biomassas e do carvão e do teste de co-combustão. Pode-se observar que o carvão tem uma elevada perda de massa entre 350 e 600°C, totalizando 47% de diminuição de sua massa. As biomassas apresentam perda de massa mais significativa em temperaturas inferiores, ou seja, entre 250 e 400°C. Conforme esperado pelas curvas do CE e CC, o comportamento da curva de co-combustão de carvão: biomassa na razão 80:20 ficou entre o verificado para os combustíveis individuais. Os testes em forno tubular indicaram uma concentração de SO2 máxima para o carvão de 173 ppm na temperatura de 710 °C. Para o cavaco de eucalipto foi de 7 ppm a 750 °C, indicando uma diminuição significativa das emissões de SO2. Assim, evidenciou o benefício desta estratégia, em que a introdução da biomassa permitiu a minimização da emissão de SO2 e alteração no perfil de combustão.

Conclusões

O presente trabalho realizou a caracterização de diferentes resíduos, CE, CA, AC e CC, visando uma avaliação preliminar do seu uso para fins de geração de energia. As biomassas avaliadas apresentaram elevados valores de poder calorífico e baixo teor de cinzas, mostrando serem promissores para uso visando à geração de energia. À exceção das aparas de couro, as biomassas apresentaram baixo teor de umidade e praticamente isentas de enxofre. A análise termogravimétrica mostrou que a operação de co-combustão permite reduzir a temperatura de combustão do combustível. Além disso, os testes em reator em forno tubular indicam que a co-combustão permite um melhor controle das emissões atmosféricas de SO2, o que é esperado pelo baixo teor de enxofre exibido pela CA e CE, conforme análise elementar.

Agradecimentos

À FAPERGS

Referências

1.http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/download.htm,acessada em Abril 2017.
2.FAÉ GOMES, G.M.; PHILIPPSEN, C.G.; BARD, E. K.; SOUZA, G. Dolomite Desulfurization Behavior on a Bubbling Fluidized Bed Pilot Plant for High Ash Coal. Brazilian Journal of Chemical Engineering (Impresso), v. 33, p. 319-332, 2015.
3.http://minasenergia.rs.gov.br/plano-energetico, acessada em Abril 2017.