PERFIL TERMOQUÍMICO DE BRIQUETES OBTIDOS DE FINOS DE CARVÃO DO COCO BABAÇU (Orbignya speciosa)

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Físico-Química

Autores

Cidreira Vieria, J.S. (IFMA) ; Rodrigues, M.R.M. (IFMA) ; Silva, J.V.S. (IFMA) ; Vasconcelos, L.S. (IFMA) ; Nascimento, C.I.O. (IFMA) ; Rodrigres, G.C.S. (IFMA) ; Farias, S.V.B. (IFMA) ; Melo, M.E.S. (IFMA) ; Castro, W.S. (IFMA)

Resumo

Novas alternativas de obtenção de matérias-primas para o processamento de biomassa vêm sendo pesquisadas, dentre elas destacam-se o carvão do endocarpo de babaçu para aplicação em cervejarias, siderurgias e termoelétricas. Um processo alternativo para produzir energia através de biomassas florestais é a briquetagem.O presente trabalho teve como finalidade investigar a perfil energético de briquetes produzidos a partir do endocarpo do babaçu (Orbignya speciosa). Os briquetes foram produzidos utilizando-se uma extrusora de baixa pressão de compactação e materiais de baixo custo. Foram realizadas análises físico-químicas que caracterizam a capacidade energética do combustível.

Palavras chaves

Biomassa ; Briquetagem ; Energia

Introdução

Na atualidade, o Brasil ocupa a posição de maior produtor mundial de carvão vegetal. Segundo o Balanço Energético Nacional (BEN, 2018), a produção brasileira de carvão vegetal foi cerca de 5,2 milhões de toneladas em 2017. A produção extrativa deste insumo energético atingiu 544,5 mil toneladas e o principal estado produtor foi o Maranhão com 371,2 mil toneladas, seguido pela Bahia (100,5 mil toneladas) e pelo Piauí (72,8 mil toneladas). O carvão vegetal é amplamente utilizado nas indústrias siderúrgicas, de cerâmica, de cimento, alimentícia e no setor doméstico. Na siderurgia é utilizado como biorredutor de calor, pois apresenta elevada pureza, um baixo teor de cinzas e de enxofre quando comparado ao carvão mineral. O teor de carbono fixo do carvão vegetal é um importante parâmetro de controle de qualidade, uma vez que está extremamente ligado ao seu poder calorífico (RODRIGUES et al., 2014). Em fase da importância do carvão vegetal na economia brasileira justificam-se os estudos e o aprimoramento de técnicas para melhorar sua qualidade e ampliar suas aplicações (RODRIGUES et al., 2014). O carvão vegetal é uma fonte de energia renovável de elevada importância na matriz energética brasileira. Os principais entraves que dificultam sua utilização estão associados às suas propriedades intrínsecas, ou seja, baixa densidade e elevada friabilidade, capacidade de se fragmentar em pedaços pequenos. A produção de grande parte do carvão vegetal brasileiro é realizada de modo rudimentar. Ao longo das fases de produção transporte e manuseio geram em média 25% de finos que dificultam sua utilização comercial. Além disso, apresenta irregularidade granulométrica, rápida combustão, implicando recargas a curto intervalo de tempo e elevado custo de transporte. Uma alternativa atraente para reciclagem desses fino é a briquetagem (BRUGNERA, 2016; VIEIRA et al., 2018). Novas alternativas de obtenção de matérias-primas para o processamento de biomassa vêm sendo pesquisadas, dentre elas destacam-se o carvão produzido a partir do endocarpo de babaçu para aplicação em cervejarias, siderurgias e termoelétricas. Um processo alternativo para produzir energia através de biomassas florestais é a briquetagem. Este método constitui uma alternativa para o aproveitamento de resíduos agroindustriais com base na conversão termoquímica em atmosfera não oxidante, procedimento que contribui para a minimização do impacto ambiental e, para a geração de produtos que agregam valor econômico (ALVES et al., 2011; SOUSA et al., 2011). A briquetagem é um método de (re) aproveitamento de resíduos de vegetais que consiste na densificação dos mesmos através de um ligante e/ou não seguida de compactação a uma determinada pressão. Neste processo os resíduos são submetidos à moagem, homogeneização, aglomeração, densificação das partículas do material sólido dando origem a um combustível com granulometria uniforme, mais denso e com resistência mecânica elevada, denominado de briquete. O efeito da densificação resultante do processo de briquetagem produz um combustível com maior concentração energética por unidade de volume e o torna economicamente viável (ALVES et al., 2010). O Brasil é o maior produtor e consumidor de carvão vegetal do mundo. O setor industrial responde por quase 85% do consumo de carvão vegetal do país. Na siderurgia é utilizado, simultaneamente, como redutor e fornecedor de calor para a combustão de minérios de ferro no processo produtivo de ferro gusa, aço e ferro-liga. Segue-se, em nível de consumo, o setor residencial com 9% e o setor comercial com 1,5%, representado por pizzarias, padarias e churrascarias (NETTO et al., 2010). A briquetagem pode ser transformada em forma de energia limpa e ecologicamente correta, uma vez que permite sua utilização como matéria- prima um produto que atualmente é descartado, contribuindo para reduzir o consumo de produtos provenientes de desmatamento ilegal (lenha) e por substituição, em parte, de derivados fósseis (BRAWN COAL AS FUEL, 2005). No Brasil, a comercialização do briquete segundo Couto et al. (2004), tem desafios a vencer como o alto preço do frete da matéria-prima heterogênea, a concorrência com a lenha e o carvão, elevados impostos, ausência de promoção do produto e necessidade de capital de giro. O fato de o briquete ser considerado um produto ambiental, associado à existência de uma preocupação mundial com o efeito estufa e suas consequências no clima, propicia uma ascensão de energias limpas em relação às energias fósseis. (PEREIRA, 2006). Este estudo consistiu na investigação do perfil energético, de briquetes produzidos a partir do carvão do endocarpo de babaçu visando sua aplicação na indústria siderúrgica e na produção de cervejas. A palmeira de babaçu faz parte da vegetação extrativista da mesorregião do Alto Turi maranhense e seus frutos estão presentes no dia-a-dia de centenas de famílias de agricultores da região.

Material e métodos

Inicialmente, o carvão vegetal produzido a partir do endocarpo de babaçu foi coletado em estabelecimentos comerciais do município de Zé Doca e transportado para o Laboratório de Processamento de Biocombustíveis do IFMA- Campus Zé Doca. O carvão foi preparado para a produção de briquete através da trituração da biomassa em moinho de bolas e posteriormente peneirado em um agitador de peneira da marca: ABRONZINOX, modelo: AG-52/12, sendo a malha da peneira utilizada abaixo de 0,15mm. Cada batelada foi composta de 100% de carvão pulverizado, 23% de aglutinante e 75% de água em relação à massa de finos de carvão, a massa base foi homogeneizadas em um misturador planetário durante 10 minutos. Em seguida, a massa base foi moldada numa extrusora de baixa pressão de compactação. Seu tempo de permanência foi de 5 minutos. Em seguida, os corpos de prova foram desmoldados, curados em atmosfera de água durante 24 horas e secos em estufa a 110°C por 6 horas. As análises físico-químicas que caracterizam a capacidade energética foram determinadas no Laboratório de Biocombustíveis do IFMA-Campus Zé Doca em termos de análise química imediata (teor de cinzas, teor de materiais voláteis e teor de carbono fixo), umidade e poder calorífico conforme recomendam ADAD (2008), PINHEIRO (2010) e. BRAND (2010). Durante a caracterização química imediata cada briquete foi submetido a 15 ensaios, uma vez para cada parâmetro de qualidade foram realizados ensaios em triplicata resultando 150 ensaios por amostra e totalizando 750 ensaios ao longo deste trabalho.

Resultado e discussão

A Tabela 1 apresenta a caracterização química imediata, teor de umidade e o poder calorífico dos briquetes estudados de forma numérica para melhor entendimento deste trabalho. Em linhas gerais observa-se que os briquetes produzidos a partir do mesocarpo de coco babaçu apresentam características químicas imediatas que permitem sua empregabilidade em diversos ramos da economia embora o teor de cinzas e materiais voláteis estejam ligeiramente acima do limite máximo de aceitabilidade e ligeiramente abaixo do limite inferior de aceitabilidade. O teor de umidade encerra a quantidade de água presente na biomassa. Os resultados do teor de umidade revelado durante os ensaios realizados para os briquetes investigados. Na Tabela 1 observam-se que as amostras investigadas apresentaram baixo teor de umidade variando entre 1,28% a 5,55%. A Amostra B apresentou o menor teor de umidade com o valor de 1,28%, seguida pela Amostra A com 2,82%, Amostra C revelou 4,10% e Amostra D apresentou o maior teor de umidade entre as amostras investigadas com 5,55% de umidade. A umidade é uma variável de suma importância para o aproveitamento energético da biomassa. Ela influencia diretamente no poder calorífico, no teor de cinzas e na resistência mecânica. Quanto maior o teor de umidade, maior será o teor de cinzas, maior será o consumo da biomassa, menor será seu poder calorífico, seu teor de carbono fixo e menos resistente será a biomassa gerando maior quantidade de finos. Nos processos de combustão, a primeira etapa consiste na evaporação da água que se encontra no combustível; se esse teor é elevado, o processo requer um longo tempo e uma quantidade significativa de energia geralmente é gasta. Por tanto quanto maior o teor de umidade, menor será a quantidade de energia útil para o sistema de geração de energia. O teor ideal de umidade para briquetes a serem utilizados para geração de energia e aquecimento de fornos compreende a faixa de 0 a 6% como descreve Quirino (2009). Dessa forma pode- se inferir que os briquetes produzidos a partir do endocarpo do babaçu (Orbignya speciosa) apresentaram resultados satisfatórios permanecendo dentro da faixa ideal para o parâmetro discutido. As cinzas são compostas pelos minerais que não queimam, tornando-se o resíduo do processo de combustão e exercem significativa influência no poder calorífico da biomassa. O teor de cinzas considerado ideal para briquetes destinados aquecimento de fornos compreende o intervalo de 0,5 a 4 % conforme descrito por Quirino (2009). Os resultados obtidos nas análises dos briquetes produzidos a partir do endocarpo do babaçu (Orbignya speciosa) indicaram que a amostra D, apresentou teor de cinza igual a 3,32%, ficando dentro dos padrões de qualidades descritos na literatura. As amostras A, B e C apresentaram teores de cinzas ligeiramente superiores a 4%. Esta variação no teor de cinzas pode ser ocasionada pela absorção de água em face dos briquetes que ficarem expostos ao ambiente durante o armazenamento, além do aglutinante utilizado contém significativo teor de sais minerais. Sabendo que as cinzas não participam do processo de combustão, mas são contabilizados na massa do combustível utilizados no processo de queima, altos teores de cinzas contribuem para a redução do poder calorífico por unidade de massa, mantendo assim uma relação inversamente proporcional. O teor de materiais voláteis é um parâmetro de controle de qualidade de biomassas responsável pela ignição e pelas etapas iniciais da combustão de combustíveis sólidos. A Tabela 1 mostra os valores encontrados para o teor de materiais voláteis nos briquetes investigados. Os valores estabelecidos como padrão de qualidade de briquetes compreendem a faixa de 25 a 35%. As amostras A e B apresentaram os valores 22,95 e 4,21% respectivamente, ficando abaixo dos valores requisitados pela regulamentação. As amostras C e D demonstraram valores dentro da faixa de aceitabilidade conforme ilustra a Tabela 1. O teor de material volátil expressa a facilidade de se queimar um material, este por sua vez mantém uma relação inversamente proporcional ao teor de carbono fixo, ou seja, quanto menor o teor de matérias voláteis maior o de carbono fixo. Este parâmetro é utilizado para estimar o grau de combustão do combustível. Briquetes com baixos teores de materiais voláteis e altos índices de carbono fixo queimam-se mais lentamente e ainda emitem menos poluentes para o meio ambiente. Na Tabela 1, observa-se que a amostra B apresentou elevado teor de carbono fixo (89,93%) e as demais amostras analisadas revelaram valores inferiores aos considerados ideais. Por outro lado, quando se leva em consideração a média dos briquetes produzida ao longo deste trabalho, seu valor médio atinge 71,22% permanecendo dentro da faixa de aceitabilidade. Comparando-se o teor de carbono fixo dos briquetes produzidos a partir do endocarpo de coco babaçu com o teor de umidade encontrado, era de se esperar que os mesmos permanecessem dentro da faixa de aceitabilidade, entretanto, observa- se que as amostras A, C e D estão bem próximas do limite inferior de aceitabilidade. As amostras analisadas apresentaram valores de poder calorífico na faixa de 7000 a 8076,91 Kcal/Kg da amostra. Nota-se que os mesmos têm considerável quantidade de calor. Dessa forma pode-se inferir que os mesmos podem ser utilizados como fornecedores de calor e até mesmo redutores nos processos de fabricação de ferro gusa e ferro-liga na siderurgia e outros ramos do setor econômico contribuindo para a geração de emprego e renda.

Caracterização físico-química dos briquetes de babaçu

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos a partir da análise química imediata os briquetes estudados apresentaram um perfil termoquímico satisfatório quanto aos teores de umidade, carbono fixo e poder calorifico dentro dos padrões pré- estabelecidos para aplicação deste tipo de biomassa para geração de calor. O teor de carbono fixo é de grande importancia para a redução de óxidos de ferro, nos altos fornos de siderurgias. os briquetes produzidos a partir do coco babaçu se mostraram-se viáveis para a geração de energia podendo ser consumidos em diversos segmentos, desde padarias a grandes setores industriais. Pode-se compreender sobre a capacidade energética dos briquetes produzidos a partir do endocarpo de babaçu utilizando-se baixa pressão de compactação.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Grupo de Pesquisa em Análises Químicas Sustentáveis (GEPAQS)e ao IFMA - Campus Zé Doca.

Referências

ADAD, M. J. T. Controle Químico de Qualidade. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 2008.
ALVES, Wirlem S; VIEIRA, José S. C. Aproveitamento de resíduos gerados no processamento de carvão vegetal. In: SEPPIE, 2010, 1., Anais... São Luís, 2010.
GOLDEMBER, J. Energia, meio ambiente e desenvolvimento. Ed. Edusp.234 p. São Paulo. 1998.
NETTO, G. B. F. et al. Caracterização Energética de Biomassas Amazônicas. Enc. Energ. Meio Rural, v.6, 2006. Disponível em: <http://www.proceedings.scielo.br> Acesso em 14 jun 2010.
PEREIRA, M. Prevenção e manutenção de máquinas na Eco Industrial. Trabalho de Graduação. Faculdade do Instituto Brasil. Anápolis. 2006.
PINHEIRO, P. C. da C. Guia de Prática de Análise Imediata de Combustíveis Sólidos. Disponível em: <http:// www.demec.ufmg.br> Acesso em 11 mar. 2010.
QUIRINO, W.F. Utilização energética de resíduos vegetais –MMA, DIREF,LPF. Brasília, 2002.
UHLIG, A.; GOLDEMBERG,, J.; COELHO, S. T.; O uso de carvão vegetal na indústria siderúrgica brasileira e o impacto sobre as mudanças climáticas, Revista Brasileira de Energia, Vol. 14, No. 2, 2o Sem., pp. 67-85, USP, São Paulo – SP, 2008.
VALE, L. T.; BOOG, G. E.; BIZZO, A. W.Avaliação do potencial energético dos resíduos de campo da cultura da mandioca. Revista Raízes e Amidos Tropicais v. 3 Campinas, SP., 2007.