Caracterização energética do cavaco de Eucalyptus grandis “in natura” e torrefeito

Abstract

A biomassa vem sendo estudada como uma alternativa de fonte de energia que provoca um menor impacto ambiental, para produção de biocombustíveis. Entretanto, a biomassa apresenta algumas desvantagens, tais como o alto teor de umidade, natureza higroscópica, baixa densidade energética, difícil armazenagem que, consequentemente, inviabiliza a logística e seu uso direto como combustível. Uma maneira de atenuar essas desvantagens é através do processo de torrefação, o qual converte a biomassa em um biocombustível sólido de alto potencial energético. A torrefação é um processo de conversão termoquímica que ocorre na fase endotérmica da pirólise, e tem como objetivo concentrar a energia da biomassa em curto tempo e obter altos rendimentos. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar energeticamente as amostras de cavaco in natura e torrefeita para avaliar a influência os benefícios do processo de torrefação nas propriedades da madeira de Eucalyptus grandis para que seja usada como combustível. As amostras in natura e previamente torrefeitas (250, 290 e 310 °C) foram caracterizadas para comparação dos resultados. As amostras foram caracterizadas por análises físico-químicas: análise elementar (C, H, N, O), análise imediata (umidade, voláteis, cinza e carbono fixo) e poder calorífico (PCS e PCI). A determinação da faixa de decomposição da hemicelulose, celulose e lignina foi obtida por análise termogravimétrica (TGA) realizadas com N2. De acordo com os resultados, verificou-se que o processo de torrefação melhorou de forma significativa as propriedades energéticas da biomassa estudada. O poder calorífico superior teve um acréscimo em torno de 25 %; o teor de carbono fixo e de cinzas também aumentou 60 % e 0,6 %, respectivamente. Devido à decomposição em grande parte da hemicelulose, a umidade (70 %) e os materiais volátil (60 %) reduziram. A partir da análise elementar observou-se um aumento no teor de carbono e uma redução na razão O/C, o que indica uma maior quantidade de energia retida no biocombustível. Através do TGA foi observada a influência da temperatura de torrefação na redução de massa das amostras. Uma grande perda de massa ocorreu entre 210 e 450 °C, que representa a decomposição da hemicelulose. A amostra in natura e torrefeita a 250 °C foram as que tiveram maior perda de massa. Desta forma pode-se verificar, de acordo com os resultados obtidos, que o processo de torrefação é um procedimento viável para o condicionamento de energia de biomassa de eucalipto. Esse tramamento provoca mudanças significativas nas propriedades e benefícios para o seu transporte. Com a logística viabilizada e as mudanças favoráveis das propriedades da biomassa torrefeita, esta possui diferentes finalidades para sua aplicação na geração de energia térmica e ou elétrica.

Biomass has been studied as an alternative of source energy that causes less environmental impact for production of biofuel. However, biomass presents some difficulties to overcome, such as its high moisture content, hygroscopic nature, low energy density, which causes high costs during transportation, handling and storage and its direct use as fuel. One way to alleviate these constraints is to convert biomass into a solid biofuel with high potential energy by the torrefaction process. Torrefaction is a thermochemical conversion process which occurs in the endothermic phase of pyrolysis that aims to focus the energy of biomass in a short time and obtain high yields. This work aimed to study the benefits of the torrefaction process for the energetic properties of Eucalyptus grandis wood. The raw and previously torrefied samples (250, 290 and 310 ° C) were characterized to compare the results. The samples were characterized by physicochemical analysis: ultimate analysis (C, H, N, O), immediate analysis (moisture, volatile, ash and fixed carbon) and heating value (HHV and LHV). The range decomposition of hemicellulose, cellulose and lignin was obtained by thermogravimetric analysis (TGA) performed in N2. According to the results, it was found that the torrefaction process has improved significantly the energy properties of biomass studied. The high heat value has increased around 25 %; fixed carbon (60 %) and ash (0.6 %) also increased. Due mostly to the decomposition of hemicellulose, the moisture (70%) and volatiles contents (around 60%) decreased. Based on the ultimate analysis, it was observed that fixed carbon content increased and ratio O/C reduced, which indicates a greater amount of energy retained in the biofuel. Through TGA analysis it was observed the influence of the torrefaction temperature on the of reduce sample weights. A large weight loss occurred between 210 and 450 °C, which indicates the decomposition of hemicellulose. The raw and torrefied (250 ° C) samples were the ones that had higher weight loss. Thus, based on the results presented, the torrefaction process is a viable procedure for energy conditioning of Eucalyptus biomass. This treatment causes significant changes in their properties and benefits for its transportation. Considering the viable logistics and favorable changes of the torrefied biomass properties, it has different purposes for its application in the generation of thermal or electric energy.