Valorização de resíduos agroindustriais de mamona e de algaroba por meio do processo de pirólise

Abstract

A valorização de resíduos agroindustriais via conversão térmica tem se mostrado promissora em relação à geração de biocombustíveis. A pirólise é um processo de conversão termoquímica para geração de energia renovável, atuando ao mesmo tempo como solução para a disposição final dos resíduos agroindustriais. Neste contexto, o objetivo principal deste estudo foi valorizar a torta da mamona e o bagaço das vagens de algaroba, ambos resíduos agroindustriais, para obtenção de bio-óleo e biochar. Os ensaios de pirólise foram realizados à pressão atmosférica, com um fluxo de N2 de 400 mL·min-1, em duas diferentes condições: a 700 °C com taxa média de média de aquecimento 160 °C·min-1; e a 900 °C com taxa média de média de aquecimento 224 °C·min-1, ambas com tempo de residência de 5 min na temperatura final. Os produtos da pirólise (bio-óleo, biochar e gases não condensáveis) foram caracterizados. Além disso, o biochar produzido foi aplicado como adsorvente na captura de CO2 e em reações de gaseificação com CO2. Um carvão ativado comercial foi utilizado como base de comparação nos ensaios de adsorção. Os gases formados na pirólise foram o H2, CO, CO2 e CH4. Nos bio-óleos produzidos foram identificados aproximadamente 180 compostos divididos em compostos oxigenados (ácidos, ésteres, cetonas, aldeídos, fenóis, álcoois, éteres e furanos), hidrocarbonetos, compostos nitrogenados e compostos sulfurados. Os biochars produzidos apresentaram potencial para serem utilizados em processo de produção de energia por possuírem poder calorífico comparáveis a alguns combustíveis fósseis e de outras biomassas. Em relação à capacidade de captura de CO2 na temperatura de 25 °C o carvão ativado adsorveu maior quantidade de CO2 (105,24 mgCO2·gCA-1) que os biochars do bagaço das vagens de algaroba (40,09-65,14 mgCO2·gbiochar-1) que por sua vez capturou mais CO2 do que os biochars da torta de mamona (11,38-39,48 mgCO2·gbiochar-1). Em termos de reatividade com CO2 nas temperaturas na faixa de 760-920 ºC os biochars produzidos do bagaço das vagens de algaroba foram mais reativos que os biochars advindos da torta da mamona, e os valores para energia de ativação referentes à gaseificação dos biochars com CO2 ficaram em torno de 185-238 kJ·mol-1.<br>

Abstract : The valorization of biomass agro-industrial waste via thermal conversion has shown promise in relation to the generation of biofuels. Pyrolysis is a thermochemical conversion process for renewable energy generation, which work at the same time as a solution for the final disposal of these wastes. In this context, this study aims to valorize the castor bean cake and mesquite pods bagasse, both agro-industrial waste, through the pyrolysis process. The pyrolysis tests were carried under atmospheric pressure with N2 gas flow of 400 ml·min-1 at two conditions, the first at 700 ºC with average heating rate of 160 ° C· min-1 and the second at 900 ºC with an average heating rate of 224 ° C· min-1, both with 5 min of residence time at the final temperature. The pyrolysis products (bio-oil, biochar and non-condensable gases) were characterized. Furthermore, the biochar produced was applied as an adsorbent, for CO2 capture, and CO2 gasification reactions. An commercial activated carbon was used as a comparison basis for the adsorption process. The pyrolysis gases H2, CO, CO2 and CH4 were found during the pyrolysis process. In the bio-oils produced were identified little more than 180 compounds divided between oxygenated compounds (acids, esters, ketones, aldehydes, phenols, alcohols, furans and ethers), hydrocarbons, nitrogenous compounds and sulfur compounds. The biochars produced show a potential to be used in power production process due its calorific value comparable to some fossil fuels and other biomass. In relation to CO2 capture capacity at 25 ºC, the activated carbon adsorbed more CO2 (105,24 mgCO2·gCA-1) than biochars produced by mesquite pods bagasse (40,09-65,14 mgCO2·gbiochar-1), which in turn captured more CO2 than biochars produced the castor bean cake (11,38-39,48 mgCO2·gbiochar-1). In terms of reactivity with CO2 in the temperature range of 760-920 °C, the biochars produced from mesquite pods bagasse were more reactive than biochars arising from the castor bean cake and the activation energy values related to biochars gasification were around 187-238 kJ·mol-1.