Produção de carvões a partir de resíduos lenhocelulósicos e lipídicos

Abstract

A presente dissertação visa estudar a conversão termoquímica de resíduos lenhocelulósicos e suas misturas com resíduos lipídicos através de processos de carbonização tradicional e carbonização hidrotérmica (HTC). As matérias-primas utilizadas foram uma mistura de resíduos lenhocelulósicos (biomassa CMC), folhas de eucalipto e casca de pinheiro, e o resíduo lipídico resultante da filtração de óleos alimentares usados. A carbonização tradicional foi estudada para temperaturas entre 250 °C e 350 °C, tempos de reação entre 15 min e 60 min utilizando biomassa CMC com percentagem de incorporação do resíduo lipídico na gama de 0 % a 40 %, utilizando a metodologia de superfície de resposta. O processo de carbonização tradicional apresentou um rendimento entre 33,1 % e 88,2 % e permitiu melhorar a homogeneidade, teor de carbono fixo (11,2 % a 50,2 %) e poder calorífico dos biocarvões (14,9 MJ/kg a 23,7 MJ/kg), relativamente às matérias-primas, mas os seus elevados teores de cinzas (5,1 % a 30,5 %) prejudicam a sua qualidade combustível. A carbonização hidrotérmica (HTC) foi estudada variando os parâmetros temperatura (200 °C a 300 °C), volume de água adicionada mantendo a razão biomassa: água constante (250 mL a 750 mL), razão biomassa: água (1:5 a 1:15), percentagem de incorporação do resíduo lipídico (0 % a 40 %) e tipo de biomassa utilizada (biomassa CMC, folhas de eucalipto e casca de pinheiro). O processo de HTC apresentou rendimentos entre 29,7 % e 57,2 % e permitiu produzir hidrocarvões, com propriedades melhoradas de carbono fixo (15,1 % a 42,0 %), teor de carbono (51,7 % a 64,5 %), teor de cinzas (1,5 % a 4,8 %) e poder calorífico (21,1 MJ/kg a 24,1 MJ/kg). A temperatura do processo e a razão biomassa:água foram os parâmetros do processo com maior influência nas propriedades dos hidrocarvões, bem como da fase aquosa que constitui um efluente do processo. A redução do teor de cinzas dos hidrovarvões é a principal vantagem deste processo e atingiu um valor máximo de 77,9 % para HTC a 250 °C durante 30 minutos. As fases aquosas do processo de HTC apresentam elevadas concentrações de açúcares redutores (4861,3 mg/L a 10255,0 mg/L), azoto total (6,9 mg/L a 109,5 mg/L), CQO e CBO5. As razões CBO5/CQO (0,01 a 0,02) indicam a baixa biodegradabilidade desses efluentes e a necessidade de estudar a sua remediação. Os principais compostos orgânicos detetados na fase aquosa por cromatografia gasosa e espectrometria de massa foram ácidos orgânicos, compostos fenólicos, furanos, álcoois e aldeídos. A adsorção de compostos fenólicos em carvão ativado permite uma redução de 50 % da sua concentração para uma razão carvão:fase aquosa de 0,83 g de carvão/100 mL de fase aquosa.