Aproveitamento energético dos rejeitos da triagem de resíduos sólidos urbanos combinados com biomassa: uma opção energética para a região sul de Santa Catarina

Abstract

A gestão dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um desafio atual para as nações e traz preocupações em nível nacional e internacional. Seu estudo requer atenção devido à sua complexidade científica e tecnológica, seus impactos sociais, ambientais e econômicos. Nesta dissertação, alinhou-se o gerenciamento de RSU com a produção energética, transformando resíduos em recursos alternativos, com valor e compatíveis com a aplicação em processos de geração de energia térmica típicos, de forma mais específica em co-combustão com carvão mineral nas caldeiras das usinas termelétricas da região em estudo. Usando a técnica de moldagem por compressão, foram preparados compactados misturando frações trituradas de rejeito da reciclagem de RSU e resíduos da produção agrícola do sul do estado de Santa Catarina. Para isso, foi determinado o quantitativo desses materiais na região, como parte da pesquisa. A fabricação dos compactados foi realizada com diferentes percentuais de RSU (0, 10% e 20%) e temperaturas de compactação (60 °C, 100 °C e 140 °C). Foram investigados a estabilidade dos compactados com exposição à umidade, a composição do combustível por análise imediata e elementar, resistência mecânica e densidade energética. Verificou-se que a temperatura de processamento em 100 °C garante melhores propriedades mecânicas e a adição de RSU moídos promoveu, para algumas amostras, além de uma melhor resistência mecânica, um maior poder calorífico (17,3 MJ/kg), bem próximo ao do carvão mineral da região sul de Santa Catarina (18,3 MJ/kg). Adicionalmente, o acréscimo de RSU à biomassa apresentou benefícios como combustível, contudo deve-se levar em consideração as emissões nocivas, como dioxinas, furanos e mercúrio, que devem ser tratadas na utilização final do produto. Assim sendo, esta pesquisa fornece uma alternativa de substituição imediata ao carvão mineral e reduz a demanda de espaço nos aterros sanitários, com possibilidade de substituição de uma fração de combustível fóssil por uma alternativa parcialmente renovável, iniciando um processo de transição energética regional, com contribuições ambientais, econômicas e sociais.

Abstract: The management of municipal solid waste (MSW) is a current challenge for nations and raises concerns at national and international level. Its study requires attention due to its scientific and technological complexity, its social, environmental and economic impacts. In this dissertation, the management of MSW was aligned with energy production, transforming waste into alternative resources, with value and compatible with the application in typical thermal energy generation processes, more specifically in co-firing with mineral coal in boilers of the thermoelectric plants in the region under study. Using the compression molding technique, compacts were prepared by mixing crushed fractions of waste from MSW recycling and residues from agricultural production in the south of the state of Santa Catarina. For this, the quantity of these materials in the region was determined as part of the research. The manufacture of the compacts was carried out with different percentages of MSW (0, 10% and 20%) and compression temperatures (60 °C, 100 °C and 140 °C). The stability of the compacts with exposure to moisture, the composition of the fuel by proximate and ultimate analysis, mechanical strength and energy density were investigated. It was found that the processing temperature at 100 °C guarantees better mechanical properties and the addition of ground MSW promotes for some samples, in addition to better mechanical strength, a higher calorific value (17,3 MJ/kg), very close to that of mineral coal in the southern region of Santa Catarina (18,3 MJ/kg). Additionally, the addition of MSW to biomass presented benefits as a fuel, however, harmful emissions such as dioxins, furans and mercury, which must be treated in the final use of the product, must be considered. Therefore, this research provides an immediate alternative to coal and reduces the demand for space in landfills, with the possibility of replacing a fraction of fossil fuel with a partially renewable alternative, initiating a process of regional energy transition, with environmental, economic and social contributions.