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Introdução: Processo de Termoconversão Por
biomassa entende-se toda a matéria de origem de vegetal, seja ela a floresta
nativa ou plantada, as culturas agrícolas e seus resíduos, como bagaço de
cana, casca de arroz ou de café, galhos de árvores, óleos vegetais, ou de
espécies plantadas, além do lixo urbano e do esterco de animais.
O Brasil é um país naturalmente rico em biomassa. Os processos de transformação desses recursos em energia, combustíveis e produtos como alimentos e materiais são inúmeros. A pirólise, também chamada de carbonização, pertence a um grupo de processos denominado: Conversão Termoquímica (Destilação Destrutiva). O processo pode produzir energia e produtos sólidos (Carvão vegetal), líquidos (Bioóleo ou Alcatrão) e gases (Gases Pobres). ObjetivoO objetivo do nosso trabalho é desenvolver desenhos inovadores de defumadores, fornos de pirólise e secador de alimentos utilizando tecnologia apropriada para desenvolver um equipamento de baixo custo e com alto rendimento energético (sem perdas térmicas), podendo assim ser comercializado com maior vantagem sobre os demais produtos existentes no mercado.
Objetivo Específico
JustificativasA produção de energia elétrica em larga escala a partir da biomassa é um tema que vem sendo estudado, nos últimos anos, com grande interesse em vários países do Mundo. Esse interesse deve ser creditado à conjunção de vários fatores (PATTERSON, 1994 e BRIDGWATER, 1994): (i) A produção de eletricidade a partir da biomassa têm um ciclo de Carbono praticamente fechado, as emissões de SOx são muito pequenas - ou nulas -, têm-se menos cinza residual de quando do uso de carvão mineral, por exemplo. (ii) à conveniência da redução da dependência de alguns países com relação aos combustíveis fósseis e, em especial, aos derivados de petróleo, tópico que é sempre lembrado em associação à uma visão geopolítica estratégica, muito embora o abastecimento e os preços internacionais do petróleo estejam estáveis há muitos anos. Em associação aos pontos acima listados, o DOE (1996) identifica um certo número de oportunidades de curto e médio prazo que podem facilitar o maior uso da biomassa na geração de energia elétrica. São eles: (i) algumas termoelétricas e várias caldeiras industriais que hoje queimam carvão mineral deverão ser substituídas ou reformadas nos próximos anos, o que define uma janela de oportunidade para a conversão parcial dessas instalações para a queima conjunta da biomassa; (ii) especialistas do setor elétrico consideram que sistemas híbridos de produção de eletricidade, que façam queima conjunta, por exemplo, de biomassa e gás natural, oferecem baixíssimo risco; (iii) em alguns segmentos industriais que fazem uso intensivo da biomassa enquanto matéria prima e energia, existe um grande potencial para a produção de eletricidade a partir, por exemplo, de resíduos do processo; Como o nosso Grupo de Pesquisa vem desenvolvendo diversos trabalhos na área de aproveitamento de biomassa residual disponíveis na região e de outros recursos naturais para a geração de fontes energéticas e desenvolvimentos de produtos naturais para fins alimentícios, tanto humano como animal, será mais fácil desenvolver esses equipamentos visando o aproveitamento máximo dos insumos energéticos. Disponibilidade de infra-estrutura de analise ambiental, atualização de informações tecnológicas via CD-Rom, Commut e Internet. Colaboração e convênios com empresas do Rio Grande do Norte, órgãos de apoio a industria como a FIERN, etc., bem como parceria com centros de pesquisa, EMPARN, EMATER, CTGás. Ferramentas computacionais disponíveis:
1. Pirólise O termo pirólise é utilizado para caracterizar a decomposição térmica de materiais contendo carbono, na ausência de oxigênio. Assim, madeira, resíduos agrícolas, ou outro qualquer tipo de material orgânico se decompõe, dando origem a três fases: uma sólida, o carvão vegetal; outra gasosa e finalmente, outra líquida, comumente designada de fração pirolenhosa (extrato ou bioóleo). A proporção relativa das fases varia como função da temperatura, do processo e do tipo de equipamento empregado. Geralmente a temperatura situa-se na faixa de 400ºC a 1000°C. A presença de oxigênio é variável pelo tipo de matéria orgânica empregada no processo, sendo que a introdução de oxigênio permite a continuidade do processo de pirólise com aumento de rendimentos. Observa-se um melhor rendimento na recuperação de subprodutos, baixo impacto ambiental, e aplicabilidade do bioóleo em escala industrial. A grande aplicação do processo de pirólise tem sido na produção
de carvão O bioóleo, principal sub-produto e composto basicamente de alcatrões solúveis e insolúveis e ácido pirolenhoso que contem produtos químicos valiosos como o ácido acético, metanol e acetona. Na grande maioria dos processos pirolíticos a fase gasosa é utilizada como fonte de energia suplementar ao processo e o seu rendimento pode variar desde 5% a 20% em peso, dependendo da temperatura em que o processo se realiza. Os trabalhos de P&D em pirólise, ao contrário da gaseificação - que já atingiu a fase de desenvolvimento de sistemas de maior porte - ainda está na etapa de teste de pequenas unidades. No Brasil estes trabalhos encontram-se em plantas pilotos. Ainda existem incertezas quanto à essa rota, mesmo porque têm sido identificados problemas de contaminação com álcalis e de instabilidade química dos óleos por efeito da temperatura (BRIDGWATER, 1995). 2. Bioóleo O bioóleo (líquido
de fumaça) é conhecido no meio científico por extrato 3. Gases pobres (GNC) Estes são formados por gases de baixo poder calorífico, porem a queima e possível em motores de combustão interna para geração de energia elétrica em pequena escala. 4. Carvão Hoje! A necessidade crescente em diversificar a matriz energética e buscar soluções concretas para a questão dos resíduos sólidos faz com que paises em desenvolvimento saiam na frente nestas pesquisas. Diversos centros tem trabalhado em cooperação para em conjunto trazer solução simples. Ontem?Diversos sistemas em grande escala estão em desenvolvimento em todo o mundo, porem requer grandes investimentos. Plantas de gaseificação, pirólise, etc., são desenvolvidas por todo o mundo, entretanto projetos em pequena escala estão ainda longe de ser contemplados.
Figura - Sistema de processamento de caju, Brasil. Modo artesanal de cocção de alimentos, Índia. O processo: Projeto de Desenho InovadorAtravés do desenvolvimento de fluxogramas de processo referentes à gestão de resíduos pode-se elaborar um desenho inovador no aproveitamento da biomassa. A operação de queima, da biomassa, em reator de pirólise de baixo custo se processa a uma temperatura de cerca de 450 0C, onde a matéria orgânica e fracionada dando origem a frações líquida, gasosa e sólida. As proporções estão para o tempo de residência do material no reator devendo ser observados temperatura, oxigênio em excesso, água, etc. estes são determinantes para o desenvolvimento do processo. Em geral, a queima da biomassa em reator de pirólise, o fator mais crítico é a manutenção da temperatura que requer um controle maior na operação, evitando assim a queima incompleta e/ou a geração de produtos indesejáveis conseqüentemente perdas para isso a queima de parte da biomassa em forno (queimador) garante uma temperatura constante. O sistema de recuperação de calor é realizado tanto no queimador com no reator de pirólise fazendo uso desta energia térmica, trata-se de um método de termosifão, sem a utilização de bombas, utilizando-se da água para armazenagem da energia térmica desprendida dos equipamentos. Estas operações envolvem sistemas auxiliares para armazenagem de água. A recuperação do bioóleo (líquido de fumaça) baseia-se em sistema de ciclonegem (sistema de recuperação) havendo o resfriamento dos gases condensáveis (GC). Os gases não-condensáveis (GNC), por sua vez são recuperados em sistema de combustão sendo seu aproveitamento no secador. Descrição do ProcessoPROCESSO GPECenergia O processo, GPECenergia, de pirólise “flash” e gaseificação convencional, consiste nos seguintes processos ver Tabela e Fluxograma abaixo: Processo de pirólise em reator; Processo de gaseificação em reator; Secagem; Sistema de recuperação de bioóleo; Sistema de combustão; Armazenagem de água (quente).
Fluxograma – Fluxograma de processo baseado no modelo de pirólise “flash” e gaseificação convencional
Secagem - O processo de secagem consiste na utilização dos gases oriundos da queima do motor de 20Kw, gases gerados da queima, 40-600C, são utilizados de maneira direta na secagem. O processo foi simulado e otimizado com o auxilio de moderna ferramenta de software Super Pro Designer v.4.9. Reator de pirólise e gaseificação - O reator de pirólise é gaseificação é carregado com biomassa do coco (resíduos) em base seca de 10% de umidade. A queima no reator se inicia a uma temperatura de 1000C, o processo alcança temperaturas em torno de 450-6000C. Sistema de recuperação -
Sistema de combustão - Este modelo foi possível a partir de simulação, onde os gases do reator de gaseificação são queimados em motor gerador de 20Kw para produção de energia elétrica. O gases gerador da queima são utilizados na secagem do coco obtendo como produto final coco seco.
Fluxograma – Fluxograma experimental de bloco para obtenção de carvão ativado. experimental de bloco para obtenção de carvão ativado. Reator de pirólise
O reator pirolítico
possui três zonas específicas a saber:
Pesquisas Desenvolvidas
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vegetal, cujo rendimento pode chegar ate 40% em peso, em relação à
matéria-prima. 
pirolenhoso, trata-se de
uma solução orgânica originada da carbonização da madeira a partir da
condensação dos gases condensáveis (GC). No extrato pirolenhoso são encontradas
algumas substâncias como ácidos, cetonas, compostos fenólicos, etc. No extrato pirolenhoso
há uma alta exposição de grupos fenólicos e carboxílicos de baixo peso
molecular. O bioóleo é obtido a partir de um processo denominado pirólise
rápida - a queima (degradação térmica) de resíduos agrícolas de pequeno tamanho
como bagaço de cana, casca de arroz, capim, casca de café e serragem. 
A separação (ou recuperação) de bioóleo ocorre
em duas partes: os gases do reator de pirólise passam, gases condensáveis e
não-condensáveis, passam em trocador de calor alcançando temperatura de 2200C,
sistema proposto faz com que na passagem em trocador de calor permita a obtenção
de bioóleo a temperaturas em torno de 80-1100C. A temperatura na
recuperação de bioóleo requer bom controle caso contrário ocasiona a
polimerização de compostos orgânicos. O sistema é flexível a utilização de
trocadores do tipo água-gás, assim havendo a possibilidade de obtenção de água
quente (800C). Os GNC voltam ao reator de pirólise para garantir auto
suficiência ao sistema.
