Influência das características da biomassa na produção de bio-óleo por pirólise

Abstract

As elevadas emissões de gases efeito de estufa, para a atmosfera, e consequentes impactes torna urgente a criação e a adoção de soluções para a sua redução. A pirólise de biomassa florestal residual consiste numa alternativa aliciante, dado o seu cariz sustentável, a sua elevada disponibilidade nacional de biomassa e o seu potencial associado à produção de produtos sólidos, gasosos e líquidos e respetivas potenciais aplicações. Ainda que exista conhecimento científico sobre o processo, é necessário aprofundar o estudo da produção e composição da fração líquida, tendo em vista o seu elevado teor em água. O trabalho experimental consistiu na pirólise intermédia de diferentes de biomassas florestais residuais – eucalipto, acácia, tojo e canas – num reator descontinuo de leito fixo. As variáveis do processo foram a temperatura de pico (450 e 550˚C), a taxa de aquecimento (10, 20 e 30˚C/min) e o tamanho de partícula (entre 2 e 4mm e superiores a 4mm). Foi realizada, também, a análise da influência do catalisador Fe-Mn, in-situ, no rendimento dos produtos, teor de humidade do bio-óleo e na composição do gás não-condensável. O aumento da temperatura do processo, da taxa de aquecimento (apenas para as canas e para o tojo) e do tamanho de partícula resultaram na redução do rendimento do carbonizado e aumento do rendimento de bio-óleo. Na relação entre as biomassas foi verificada a variação entre 30,6 e 34,9% m/m bs para o rendimento dos produtos sólido, entre 42,1 a 45,0% m/m bs para o rendimento do bio-óleo e de 21,6 a 27,4% m/m bs para o rendimento do gás. Sendo que os rendimentos máximos de carbonizado, bio-óleo e gás são relativos às biomassas eucalipto, tojo e canas, respetivamente A análise das amostras de carbonizados, das biomassas, apresentou teores de carbono superiores a 70% m/m bs, e poderes caloríficos inferiores entre 24,4 e 27,6 MJ/kg. O bio-óleo apresentou teores de humidade entre 61,0 e 91,4%, verificando a sua redução com o aumento da temperatura do processo e do tamanho de partícula. A utilização do catalisador não fomentou variações nos rendimentos de produção dos produtos. Porém observou-se um aumento em 16% da humidade do bio-óleo, e aumento do poder calorífico inferior para 13,3 MJ/kg.

The increasing emission of greenhouse gases, into the atmosphere, and the consequent impacts, becomes imperative to create and adopt solutions to reduce them. The pyrolysis of residual forest biomass is an attractive alternative, because of its sustainable nature, high national availability of biomass and the potential associated with the production of solid, gaseous and liquid products and their respective potential applications. Although the scientific knowledge about the process, it is necessary to further study the production and composition of the liquid fraction, considering its higher water content. The experimental work consisted of the intermediate pyrolysis of different residual forest biomass – eucalyptus, acacia, gorse and reeds – in a discontinuous fixed-bed reactor. The process variables were the peak temperature (450 and 550˚C), heating rate (10, 20 and 30˚C/min) and particle size (between 2 and 4mm and greater than 4mm). It was also carried out the analysis of the influence of the Fe-Mn catalyst, in-situ, on the yield of the products, moisture content of the bio-oil and on the composition of the non-condensable gas. The increase in the process temperature, the heating rate (only for the reeds and for the gorse) and the particle size resulted in a reduction in the biochar yield and an increase in the bio-oil yield. In the relationship between biomass, a variation between 30,6 and 34,9% m/m bs was verified for the yield of solid products, between 42.1 to 45.0% m/m bs for the yield of bio-oil and of 21.6 to 27.4% m/m bs for gas yield. Since the maximum yields of biochar, bio-oil and gas are related to biomass eucalyptus, gorse and reeds, respectively. The analysis of biochar samples showed carbon contents near by 70% m/m bs, and low heating values between 24.4 and 27.6 MJ/kg. Bio-oil presented moisture contents between 61.0 and 91.4%, verifying its reduction with the increase in process temperature and particle size. The use of the catalyst did not promote variations in the production yields of the products. However, there was an increase of 16% in the moisture of the bio-oil, and an increase in the lower calorific value to 13.3 MJ/kg.