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Publicação
Processos termoquímicos para conversão de materiais ricos em lípidos em biocombustíveis e utilização da pirogasolina em motores de ignição comandada
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Os óleos e gorduras residuais são produzidos em grandes quantidades por vários processos, apresentam elevados teores de carbono, mas nem sempre são apropriados para a produção de biodiesel. As suas características de imiscibilidade com água e baixa biodegradabilidade desaconselham a sua eliminação em estações de tratamento de águas residuais ou aterros pelo que urge encontrar vias alternativas para a sua valorização energética ou material. As misturas ternárias permitiram obter ganhos de binário entre 0,8% e 3,1% em relação à gasolina. Todas as misturas com inclusão de pirogasolina, etanol ou ambos apresentaram emissões de CO e de hidrocarbonetos não queimados comparáveis às produzidas quando se utilizou 100% gasolina.
A co-pirólise a baixa temperatura (300 ºC e 350 ºC) de misturas de lípidos residuais e biomassa lenhocelulósica, permitiu obter bio-óleos com poder calorífico superior (PCS) entre 37,8 MJ.kg-1 e 43,4 MJ.kg-1 e biocarvões com PCS entre 24,3 MJ.kg-1 e 36,6 MJ.kg1. A presença de biomassa exerceu um efeito catalítico permitindo a decomposição dos lípidos a baixa temperatura, mas só a 350 ºC se observou uma decomposição extensa da cadeia lateral dos ácidos gordos. A presença de biomassa aumentou significativamente a formação de biocarvões, mas também de uma fase aquosa que requer tratamento apropriado.
A conversão de lípidos ou de bio-óleos na presença de biomassa lenhocelulósica, gasóleo e água foi avaliada de acordo com um processo designado por conversão hidrotérmica com destilação simultânea (SD-HTC). Neste processo que ocorreu à pressão atmosférica e na gama de temperaturas correspondentes à destilação do gasóleo observou-se que os óleos vegetais e os bio-óleos sofreram decomposição e fracionamento sendo os produtos formados recuperados entre a fase orgânica, a fase aquosa e o biocarvão. O gasóleo favorece a co-destilação de componentes dos bio-óleos e da água adicionada ou formada nos processos de desidratação. A biomassa favorece a decomposição dos materiais por efeito catalítico da sua fração mineral e permite a formação de biocarvões. A presença de água no reator, particularmente acima de 100 ºC (vapor superaquecido) favorece as reações de decomposição hidrotérmica e favorece a migração de componentes dos bio-óleos para a estrutura do carvão. O processo apresentou uma eficiência energética de 71,9% a 86,8%.
Os processos estudados demonstraram a viabilidade de diferentes estratégias de valorização de óleos e gorduras residuais, que são compatíveis com misturas heterogéneas, com elevados teores de água e ácidos gordos livres ou mesmo outros contaminantes, permitindo assim a sua remoção dos sistemas de tratamento de resíduos e a sua valorização numa estratégia de economia circular.
Neste trabalho estudou-se a conversão termoquímica de óleos e gorduras residuais em biolíquidos e biocarvões seguindo três abordagens distintas: a) pirólise em atmosferas de vácuo, azoto ou metano, com ou sem adição de catalisadores b) co-pirólise a baixa temperatura de misturas de lípidos residuais e biomassa lenhocelulósica e c) conversão hidrotérmica com destilação simultânea de misturas de resíduos lipídicos ou bio-óleos de pirólise com biomassa lenhocelulósica, na presença de gasóleo e água.
A pirólise em atmosferas de vácuo, azoto ou metano permitiu obter bio-óleos com rendimentos entre 52,6% a 86,1%, teores de carbono superiores a 80% e com poder calorífico inferior (PCI) entre 40,3 MJ.kg-1 e 44,3 MJ.kg-1. Os produtos gasosos apresentaram PCI entre 15,2 MJ.Nm-3 e 27,5 MJ.Nm-3 e os biocarvões entre 25,4 MJ.kg-1 e 39,4 MJ.kg1, valores adequados à utilização destes produtos como biocombustíveis sólidos, líquidos e gasosos. A utilização de metano favoreceu a formação de gases, de componentes com mais de 10 átomos de carbono e diminuiu a concentração de hidrocarbonetos aromáticos. A utilização de carbonato e bicarbonato de sódio como catalisadores teve os mesmos efeitos que o metano, mas contribuiu também para uma redução de componentes oxigenados e aumento do PCI dos bio-óleos.
Uma parte dos bio-óleos produzidos foi destilada e a fração obtida até 195 ºC (pirogasolina) foi combinada com gasolina e etanol, sob a forma de misturas binárias e ternárias com taxas de incorporação de biocombustível de 5% e 10%. Estas misturas foram avaliadas como combustíveis num motor de 1,6 litros de ignição comandada, montado numa bancada de ensaios equipada com freio dinamométrico, para determinação do desempenho (binário, consumo e rendimento) e das emissões associadas (CO, HC e NOx).
Descrição
Palavras-chave
Óleos e gorduras residuais biomassa pirólise carbonização hidrotérmica com destilação simultânea bio-óleos biocarvões