Aplicação de cinzas de biomassa na remoção de CO2

Abstract

Atualmente, com o aumento das necessidades energéticas e a forte dependência dos combustíveis fósseis, impõe-se a necessidade da procura de outras alternativas, nomeadamente ao nível da utilização de recursos renováveis para a produção de energia. Neste âmbito, a biomassa florestal surge como um dos combustíveis renováveis mais utilizados na produção de energia elétrica e térmica. Porém, com a combustão massiva e intensiva deste recurso, surgem novos desafios relacionados com gestão do resíduo resultante, as cinzas. Atendendo a que as cinzas resultantes da queima de biomassa têm na sua constituição óxidos de cálcio e magnésio, estes conferem-lhe potencialidade de remoção de dióxido de carbono, através de um sistema de reações químicas, usualmente denominado de carbonatação. Para avaliar a capacidade das cinzas na remoção de CO2, realizaram-se ensaios de carbonatação de cinzas volantes e de fundo, provenientes de uma unidade industrial de queima de biomassa. Os ensaios decorreram em condições naturais, com exposição das cinzas às condições atmosféricas, e de forma “acelerada” em condições laboratoriais controladas (pressão, concentração de CO2, temperatura e humidade). Para a determinação da formação de carbonatos na cinza, são recolhidas amostras ao longo de um espaço temporal pré-estabelecido, de acordo com o tipo de ensaio. A quantificação dos carbonatos é feita por um método químico, onde é adicionado à amostra um ácido concentrado (H3PO4), que reage com os carbonatos presentes libertando CO2 na proporção estequiométrica. O CO2 é simultaneamente arrastado por uma corrente de gás inerte (N2), sendo capturado numa solução de hidróxido de bário (Ba(OH)2). Esta base é posteriormente titulada com ácido clorídrico, para contabilização da fração remanescente. Este método permite a quantificação dos carbonatos em amostras de cinzas com massa da ordem das gramas, conferindo representatividade a essas amostras. Os resultados apresentados neste trabalho avaliam a potencialidade de utilização das cinzas resultantes da combustão de biomassa na remoção de CO2, bem como os parâmetros que beneficiam o processo Este contributo poderá apoiar o desenvolvimento futuro de processos e tecnologias de carbonatação deste resíduo, como forma de contrabalançar as emissões inerentes ao próprio processo de combustão e de forma a torná-lo um potencial subproduto com inúmeras utilizações.

Nowadays, with the increasingly energy demands and fossil fuel dependency, there’s a need for alternative paths, namely in terms of the use of renewable resources for energy generation. Therefore, forest biomass emerges as one of the most used renewable fuels to produce electricity and heat energy. However, with the massive and intensive combustion of this resource, new challenges arise due to the resulting residue management – ashes. Given the fact that biomass ashes contain calcium and magnesium oxides, this gives it the potential to remove carbon dioxide through a system of chemical reactions, usually referred to as carbonation. In order to assess the ability to remove CO2, carbonation assays were carried out on (fly and bottom ashes), originated from a biomass burning plant. Trials were taken place in atmospheric conditions and under controlled laboratory conditions (pressure, CO2 concentration, temperature and humidity). For the determination of carbonates in the ashes, samples were collected over a predetermined timeline, according to the type of assay. The quantification of the carbonates was performed by a chemical method where the sample is added to a concentrated acid (H3PO4), which reacts with the carbonates, releasing CO2 in stoichiometric ratio. CO2 is simultaneously swept by a stream of inert gas (N2) being captured in a solution of barium hydroxide (Ba(OH)2). This base is then titrated with hydrochloric acid, accounting for the remaining fraction. This method allows the quantification of the carbonate present in ash samples with a mass of the order of grams. The results presented in this paper evaluate the potential use of combustion biomass ashes in the removal of CO2 as well as the parameters that benefit the process. This contribution can support future carbonation processes and technologies developments of this waste, as a way to counterbalance inherent emissions to the combustion process itself and in order to make it a potential by-product with many uses.