Aplicação de cinzas da combustão de biomassa na remoção do dióxido de carbono

Abstract

Devido à forte dependência de combustíveis fósseis para a produção de energia no mundo, o nível de emissões de dióxido de carbono aumentou levando a um aumento do aquecimento global, que é acompanhada por mudanças climáticas em várias partes do mundo. Para reverter este facto, atualmente têm-se tentado utilizar fontes de produção de energia mais limpa, tal como a biomassa. A biomassa é considerada como uma fonte de energia renovável e pode desempenhar um papel importante nas tendências futuras de abastecimento de combustível. O principal problema da combustão de biomassa é gerar vários subprodutos e em grandes quantidades, nomeadamente as cinzas de biomassa, tais como, cinzas volantes e cinzas de fundo, que são constituídas por óxidos de cálcio e de magnésio, materiais estes que conferem às cinzas a potencialidade para capturar o dióxido de carbono, por carbonatação. Para avaliar o potencial de carbonatação de cinzas de biomassa, as amostras foram expostas a uma atmosfera rica em CO2, com o objetivo de acelerar o processo (carbonatação acelerada). A quantificação dos carbonatos formados foi determinada por dois métodos: i) um método titrimétrico, usando solução de hidróxido de bário e equilíbrios ácido-base; ii) um método instrumental por infravermelhos. Verificou-se que o método titrimétrico de quantificação de carbonatos não é suficientemente robusto para avaliar o potencial de carbonatação das cinzas de biomassa. Recorrendo a um método instrumental por infravermelho (IR), para quantificar carbonatos, estudou-se a formação de carbonatos nas cinzas volantes (CV), cinzas de fundo (CF) e por último na mistura de ambas as cinzas (50% CV e 50% CF). A CV original possui um teor de carbonatos que corresponde a um valor médio de CO2 capturado em base seca (bs) de 28,5 mg CO2/g CV, em condições de armazenamento. A humidade da cinza de 17% e o tempo de reação de carbonatação de 8 horas, mostrou ser as condições mais favoráveis à carbonatação da CV. O valor de carbonatos formados corresponde a uma captura de CO2 de 68,8mg CO2/g CV bs, que descontando 28,5 mg CO2/g CV bs da cinza original, representa um acréscimo de 40,3 mg CO2/g CV bs, ou seja, 142 %. Contudo, os diferentes valores de humidade conferidos à cinza, geram diferenças no grau de carbonatação que se esbatem no tempo de reação e ao cabo de 8 h as várias experiências conduzem a um valor semelhante de captura de CO2, traduzido por um valor médio de 65 mg CO2/g CV. As cinzas de fundo possuem um potencial de carbonatação três vezes inferior ao das cinzas volantes e a mistura de cinzas volantes com cinzas de fundo não favorece a carbonatação da cinza volante.

Due to people’s strong dependency on fossile fuels for energy production worldwide, the emission levels of carbon dioxide have raised, leading to the increase of global warming, along with climatic changes everywhere in the planet. To change this, cleaner sources of energy production have been used, like biomass. Biomass is considered to be a source of renewable energy and can play an important role in the future tendency of fuel supplies. The main problem of biomass combustion is that it creates several subproducts in great quantities, particularly, the biomass ashes: the fly ash and the bottom ash. These ashes consist of calcium and magnesium oxide, which gives the ashes the capacity to capture carbon dioxide. The mechanism of the CO2 capture through biomass ashes is carried out through a system of chemical reactions, named carbonation. To evaluate the potential of biomass ashes carbonation, it was necessary to expose samples of ash to an atmosphere enriched in CO2, with the aim of accelerating the carbonation (accelerated carbonation) in the ash. The quantification of the formed carbonates was determined by two methods: i) A titrimetric method, using a solution of barium hydroxide and acid-base balances. ii) An instrumental method through infrarays. It was possible to see that the titrimetric method of carbonate quantification is not robust enough to evaluate the carbonation potential of biomass ash. By turning to an instrumental method through infrarays (IR) to quantify carbonates, we studied the carbonate formation in the fly ash (FA ), in the bottom ash (BA) and finally in the mixture of both ashes (50% FA and 50% BA). The fly ash has a carbonate nature which corresponds to a medium value of captured CO2 of 28,5mg CO2/g FA under storage conditions. The 17% ash humidity and the eight hour carbonation time showed to be the most favourable conditions to the fly ash carbonation. The formed carbonate value corresponds to a CO2 capture of 68,8mg CO2/g FA db, which, by deducting 28,5 mg CO2/ g FA db of the original ash, represents an increase of 40,3 mg CO2 g FA db, meaning, 142%. However, the different humidity values conferred to the ash, cause diferences on the carbonation level which fade out during the reaction time. After 8 hours the different experiments lead us to a similar value of CO2 capture, meaning a medium value of 65 mgCO2/ g FA. The bottom ash has a carbonation potential which is three times less than the fly ash one, and the carbonate formation in a mixture of fly ash with bottom ash does not favour the fly ash carbonation.