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Title: Estudo de desempenho ambiental e energético de processos de carbonização de biomassa lenhosa
Author: Cabral, Maria Margarida Lima
Advisor: Matos, Manuel Arlindo Amador de
Tarelho, Luís António da Cruz
Keywords: Biomassa lenhosa
Pirólise
Carbonização
Fornos
Carvão vegetal
Emissões
Ácido pirolenhoso
Defense Date: 20-Dec-2023
Abstract: A biomassa lenhosa é uma interessante fonte de recursos energéticos e materiais, cujo conhecimento tem vindo a desenvolver-se enquanto alternativa renovável ao uso de recursos energéticos fosseis não renováveis. Apesar de ser uma fonte energética com menos impacto ambiental quando comparado ao uso dos combustíveis fosseis, não deixa de ter elevada importância tentar determinar qual o impacto ambiental que este processo apresenta. Neste âmbito foi desenvolvido um modelo de carbonização de biomassa, destinado a calcular e harmonizar os diferentes produtos de carbonização: sólidos, líquidos e gases com base no balanço de massa, com capacidade de adaptação a diferentes processos de carbonização a partir de um conjunto de variáveis observáveis. Para este efeito foi permitido à autora aceder a um conjunto de registos experimentais decorrentes da execução do projeto FCT CHARCLEAN, que decorreu entre 2018 e 2022, e do projeto FCT BIOVALCHAR ainda a decorrer. No referido âmbito analisaram-se três conjuntos de dados envolvendo dificuldade crescente de análise e interpretação. A metodologia desenvolvida parte da análise próxima e elementar da biomassa e dos carbonizados, considera as condições de operação, um conjunto de resultados observados (composição gasosa) para fazer o exercício de balanço mássico elementar e global, no pressuposto da composição elementar da mistura de produtos líquidos secos, aplica um procedimento de reconciliação de dados e resultados segundo um procedimento de otimização suportado em Excel pela ferramenta Solver. Tendo em conta os resultados do modelo é possível concluir que os resultados de simulação obtidos estão de acordo com os resultados observados, demonstrando mesmo um rigor significativo no caso da carbonização em contínuo ou em experiências de carbonização em laboratório, com desvios relativos inferiores a 1%. Num ensaio de carbonização em forno de alvenaria este modelo apresentou um desvio não explicado do balanço de massa global do modelo de cerca de 4%, admitindo-se que o desvio possa estar relacionado com a maior complexidade da situação, nomeadamente da presença de orgânicos voláteis simples em fase gasosa. O interesse deste modelo na previsão do rendimento dos diferentes produtos de carbonização em função das condições do processo, estende-se ao balanço de energia e à avaliação do poder calorífico das diferentes misturas de produtos tendo em conta as necessidades de recuperação de energia que o processo de carbonização exige para poder decorrer autotermicamente.
Woody biomass is an interesting source of energy and material resources, whose knowledge has been developing as a renewable alternative to the use of non-renewable fossil energy resources. Despite being an energy source with less environmental impact when compared to the use of fossil fuels, it is still highly important to try to determine the environmental impact that this process presents. In this context, a biomass carbonization model was developed, aimed at calculating and harmonizing the different carbonization products: solids, liquids and gases based on the mass balance, with the ability to adapt to different carbonization processes based on a set of observable variables. For this purpose, the author was allowed to access a set of experimental records resulting from the execution of the FCT CHARCLEAN project, which took place between 2018 and 2022, and the FCT BIOVALCHAR project still ongoing. In this context, three sets of data were analyzed, involving increasing difficulty in analysis and interpretation. The methodology developed starts from the close and elemental analysis of the biomass and carbons, considers the operating conditions, a set of observed results (gas composition) to make the elementary and global mass balance exercise, on the assumption of the elemental composition of the mixture of dry liquid products, applies a procedure of reconciliation of data and results according to an optimization procedure supported in Excel by the Solver tool. Taking into account the results of the model, it is possible to conclude that the results obtained are in agreement with the observed results, even demonstrating a significant accuracy in the case of continuous carbonization or in laboratory carbonization tests, with relative deviations of less than 1%. However, the model application to a carbonization test in a masonry furnace it shows an overall mass balance deviation about 4%, that can be explained by the higher complexity of the process, namely the effective presence of simple organic volatiles in the gas phase. The interest of this model in predicting the yields of carbonization products, with a view to their application for different useful purposes, extends to the energy balance and the assessment of the heating value of the different mixtures of products taking into account the energy recovery needs that the carbonization process requires.
URI: http://hdl.handle.net/10773/41139
Appears in Collections:DAO - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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