Desenvolvimento de um fluído biocombustível à base de carvão vegetal

Abstract

Este trabalho relata os resultados de um estudo preliminar inovador, visando o desenvolvimento de um combustível industrial líquido à base de carvão vegetal. A sua pertinência justifica-se pelo elevado potencial energético do carvão vegetal, a sua natureza renovável, a facilidade de armazenamento e de transporte na forma líquida, bem como todas as vantagens económicas e ambientais associadas. Assim, estudou-se a aptidão do carvão vegetal para ser disperso em meios líquidos adequados através do comportamento reológico dessas suspensões. Este tipo de informação é da maior importância para o dimensionamento de tubagens de transporte do fluido e para o desenho dos sistemas de armazenamento. Para o efeito, avaliou-se a influência dos factores mais relevantes que devem ser considerados aquando da preparação de suspensões e que determinam o seu comportamento reológico: (i) a concentração de carvão da suspensão, que deve ser tão elevada quanto possível para não comprometer o poder calorífico; (ii) a quantidade de aditivos/ estabilizantes para minimizar a viscosidade (μ) a uma dada fracção de sólidos; (iii) o tipo de aditivos, iónicos (catiónicos/ aniónicos) ou não iónicos; (iv) e o tamanho de partículas e a sua distribuição granulométrica, que interferem na taxa de sedimentação e na capacidade de empacotamento das partículas. Inicialmente a investigação focou-se na preparação de suspensões de carvão vegetal-água, Charcoal Water Slurries (ChWS). Testaram-se quatro dispersantes e escolheu-se o mais adequado às ChWS. A seguir determinou-se a concentração máxima de sólidos, permitida com esse dispersante. A avaliação dos resultados obtidos conduziu a uma segunda etapa: a substituição da água como meio de dispersão, por outro solvente. Para o efeito testaram-se três óleos e seleccionou-se aquele que permitia maximizar a concentração de sólidos nas suspensões carvão vegetal-óleo, Charcoal Oil Slurries (ChOS). Seguidamente testaram-se três dispersantes e determinou-se a concentração máxima de sólidos permitida utilizando o dispersante mais adequado. Verificou-se também a influência da distribuição do tamanho de partícula e do uso de sistemas mono, bi e multimodais na viscosidade da suspensão. Estes estudos conduziram a uma suspensão de carvão vegetal-óleo de elevada estabilidade, contendo 62 wt.% de sólidos e 0,35 wt.% de dispersante. Esta ChOS apresentava propriedades de fluxo adequadas e elevado poder calorífico, tendo sido alcançados com sucesso os objectivos propostos para este trabalho.

This work reports the results of a ground-breaking preliminary study aiming developing an industrial liquid fuel from charcoal. Its relevance is justified by the high energy potential of charcoal, its renewable nature, easiness of storage and transportation in liquid form, as well as all the associated economic and environmental advantages. Therefore, the ability of charcoal to be dispersed in different solvents was studied by evaluating the rheological behaviour of the resulting suspensions. Such information is of utmost importance for the dimensioning of the fluid transport pipe and the design of the storage systems. For this purpose, the effects of the most relevant factors that influence the rheological properties of the suspensions were evaluated, which include: (i) the charcoal content, which should be as high as possible to do not compromise the calorific value; (ii) the amount of additives / stabilizers to minimize the viscosity (μ) at a given solids fraction; (iii) the type of additives, ionic (cationic / anionic) or non-ionic; (iv) the size of particles and their size distribution, which interfere with sedimentation and the packing ability of the particles. Initially, research has focused on the preparation of charcoal-water slurries (ChWS). There were tested four surfactants and it was chosen the most appropriate to ChWS. Then it was determined the maximum charcoal content allowed with this surfactant. The evaluation of the results led to a second step: replacing water as a dispersion medium by another solvent. To this end three oils were tested and it was selected the one that allowed maximizing the solids content in the ChOS. Then three surfactants were tested to determine the maximum charcoal content permitted using the most appropriate surfactant. The influences of the particle size distribution and the use of mono, bi and multimodal systems in the viscosity of the slurries were also studied. These studies have led to a high-stability charcoal oil slurry containing 62 wt.% solids and 0.35 wt.% dispersant. This ChOS exhibited adequate flow properties and high calorific value, thereby enabling to successfully achieving the proposed objectives for this work.