Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação de biomassa Aplicação aos casos de estudo de processamento e valorização de biomassa de Arundo donax L. e de Phoenix canariensis. Ricardo Correia, Margarida Gonçalves, Catarina Nobre, Benilde Mendes Departamento de Ciências e Tecnologia da Biomassa, FCT-UNL Mechanical Engineering and Resource Sustainability Center, (MEtRICs) Conteúdo da apresentação Torrefação: o aplicação à biomassa de arundo e palmeira; o composição imediata; o rendimentos de carbonização; o moabilidade. Valorização material da biomassa de arundo e palmeira. 1
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Arundo e palmeira Sustentabilidade Apelo à utilização crescente de residuos de biomassa, em detrimento da utilização de biomassa dedicada; Constrangimentos frequentes dos resíduos de biomassa: baixa densidade aparente (elevados custos de transporte ou armazenamento); elevado teor de humidade (degradação biológica); elevado teor de cinzas (desfavorece valorização energética); resistência mecânica à trituração (custos elevados). Arundo e palmeira Arundo donax L. Infestante / crescimento rápido Sistema radicular complexo / difícil remoção Estrutura fibrosa / baixa moabilidade Phoenix canariensis Espécie atacada por praga Estrutura fibrosa / baixa moabilidade Torrefação 2
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação Tratamento térmico na gama 3 ºC, à pressão atmosférica, na ausência de oxigénio. Ocorre decomposiçao parcial da biomassa, principalmente a fração correspondente às hemiceluloses, com libertação de gases; resta no final um produto sólido que, tipicamente, retém cerca de 9% da energia inicial da biomassa, mas apenas 7% da sua massa. Após este tratamento a biomassa torna-se hidrofóbica; perde tenacidade / mais fácil de triturar; densificação energética. Torrefação arundo e palmeira Arundo 3
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação arundo e palmeira Tronco de palmeira Bainhas das folhas de palmeira Torrefação composição imediata (Arundo) Composição em função da temperatura Arundo (A) Composição em função do tempo de residência Arundo (A) 1 1 8 8 6 6 4 4 A A/6 A25/6 A3/6 A35/6 A A3/15 A3/3 A3/6 A3/9 Humidade (% bh) Matéria volátil (% bs) Humidade (% bh) Matéria volátil (% bs) Cinzas (% bs) Carbono fixo (% bs) Cinzas (% bs) Carbono fixo (% bs) 4
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação composição imediata (Palmeira) Composição em função da temperatura - Tronco de palmeira (TP) Composição em função da temperatura - Bainhas das folhas (BP) 1 1 8 8 6 6 4 4 TP TP/3 TP25/3 TP3/3 TP35/3 BP BP/3 BP25/3 BP3/3 BP35/3 Humidade (% bh) Cinzas (% bs) Matéria volátil (% bs) Carbono fixo (% bs) Humidade (% bh) Cinzas (% bs) Matéria volátil (% bs) Carbono fixo (% bs) Diminuição do teor de matéria volátil; Aumento do teor de cinzas e de carbono fixo; Biomassa torrefeita com menor teor de humidade. Torrefação rendimento mássico Rendimento mássico da torrefação Arundo (A) Rendimento mássico (% bh) 1 8 6 4 15 3 45 6 75 9 Tempo de residência (min) A A25 A3 A35 A temperatura é o parâmetro que mais influencia o rendimento mássico. 5
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação rendimento energético (Arundo) Poder calorífico superior (PCS) estimado a partir da equação (T. Cordero et al.): Rendimento energético (h e ) calculado por: Rendimento energético (% bs) 1 1 8 6 4 Rendimento energético em função da temperatura - Arundo (A) A/6 A25/6 A3/6 A35/6 Rendimento energético 23 22 21 19 18 17 Poder calorífico superior PCS (MJ/kg bs) Apesar do aumento do PCS, a perda de massa verificada com o aumento da temperatura de torrefação origina uma diminuição do rendimento energético. Torrefação rendimento energético (Palmeira) Rendimento energético (% bs) Rendimento energético (% bs) 1 Rendimento energético em função da temperatura - Tronco de palmeira (TP) 8 6 4 TP/3 TP25/3 TP3/3 TP35/3 Rendimento energético 19 18 17 16 15 14 Poder calorífico superior Rendimento energético em função da temperatura - Bainhas das folhas (BP) 1 21 8 19 6 18 4 17 16 15 BP/3 BP25/3 BP3/3 BP35/3 Rendimento energético Poder calorífico superior PCS (MJ/kg bs) PCS (MJ/kg bs) Rendimento energético (% bs) Rendimento energético (% bs) 1 8 6 4 1 8 6 4 Rendimento energético em função do tempo de residência - Tronco de palmeira (TP) TP3/15 TP3/3 TP3/6 TP3/9 Rendimento energético 21 19 18 17 16 Poder calorífico superior Rendimento energético em função do tempo de residência - Bainhas das folhas (BP) BP3/15 BP3/3 BP3/6 BP3/9 Rendimento energético 21 19 18 17 16 15 Poder calorífico superior PCS (MJ/kg bs) PCS (MJ/kg bs) 6
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação efeito na moabilidade (Tronco de palmeira) Torrefação efeito na moabilidade (Tronco de palmeira) 7% 6% 5% 4% 3% % 1% % Distribuição do tamanho de partículas (mm) - Tronco de palmeira (TP) > 5 25-5 1-25 5-1 < 5 TP TP/3 TP25/3 TP3/3 TP35/3 Quantidade de partículas superiores a 5 mm diminui com a temperatura de torrefação; Biomassa torrefeita com fração significativa de partículas inferiores a 1 mm. 7
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Torrefação efeito na moabilidade (Bainhas das folhas) Torrefação efeito na moabilidade (Bainhas das folhas) 7% 6% 5% 4% 3% % 1% % Distribuição do tamanho de partículas (mm) - Bainhas das folhas de palmeira (BP) > 5 25-5 1-25 5-1 < 5 BP BP/3 BP25/3 BP3/3 BP35/3 Quantidade de partículas superiores a 5 mm diminui significativamente para a biomassa torrefeita; A maior fração de biomassa torrefeita corresponde a partículas inferiores a 1 mm. 8
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Ideias a reter A degradação térmica provocada na biomassa de arundo e de palmeira pela torrefação permite o aumentar a sua estabilidade; o facilitar o seu processamento mecânico; o controlar a propagação de pragas, como o escaravelho da palmeira. Para algumas biomassas, um elevado teor de cinzas não favorece uma valorização energética. Foi estudada a sua valorização como material adsorvente. Adsorção de pigmento Ensaios de adsorção instantânea feitos em tubos de ensaio, após agitação durante 5 segundos em agitador vortex. Restantes ensaios levados a cabo durante 6 minutos em frascos de vidro de 25 ml, sob agitação em agitador overhead; Dose de carvão utilizada foi de 5 g por litro de solução; Temperatura ambiente; Concentração de azul de metileno que permanece em solução determinada por espetrofotometria UV/Vis. 9
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Adsorção de pigmento Adsorção instantânea com biomassa torrefeita entre e 35 ºC, sem ajuste de ph. 1 Adsorção instantânea para vários carvões de arundo e palmeira (5 g/l de carvão; c MB = 1 mg/l; t = min) 8 6 4 A A/6 A25/6 A3/6 A35/6 BP BP/6 BP25/6 BP3/6 BP35/6 TP TP/6 TP25/6 remoção (% m/m) TP3/6 TP35/6 CA Melhor capacidade de remoção com biomassa não tratada ou sujeita a torrefação mais ligeira. Adsorção de pigmento Adsorção de pigmento com biomassa torrefeita a e a 3 ºC. 1 Remoção de pigmento usando biomassa torrefeita a diferente temperatura (ph = 1; 5 g/l de carvão; c MB = 1 mg/l; t = 6 min) 25 Remoção (% m/m) 8 6 4 15 1 5 q t = 6 min (mg/g) CA A/6 A3/6 BP/6 BP3/6 TP/6 TP3/6 percentagem de remoção quantidade adsorvida Melhor capacidade de adsorção com biomassa sujeita a torrefação mais ligeira. 1
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 BP A 5 mg/l 25 mg/l Adsorção com biomassa torrefeita a ºC, para várias concentrações iniciais de pigmento, sem ajuste de ph. TP CA Adsorção de pigmento Adsorção em função da concentração inicial de pigmento 1 mg/l 1 8 6 25 mg/l 5 mg/l Carvão ativado 1 mg/l A/6 mg/l BP/6 4 mg/l TP/6 mg/l 4 4 mg/l Remoção (% m/m) (ph normal, 5 g/l de carvão, t = 6 min) Adsorção de pigmento Recuperação do pigmento dos vários carvões (biomassa torrefeita a ºC), usando sequencialmente acetona, metanol e água acidificada com ácido sulfúrico. Taxa de remoção cumulativa (% m/m) Recuperação do pigmento com a adição de diferentes eluentes 8 Acetona Metanol Água acidificada 3 7 6 5 4 3 1 5 1 15 25 35 4 45 Volume de eluente (ml) A/6 BP/6 TP/6 CA 11
Bioenergia Portugal 15 Portalegre, 29/5/15 Ideias a reter Arundo e palmeira apresentam bom potencial como agente adsorvente de azul de metileno, um pigmento comum em efluentes da indústria têxtil; Os melhores resultados foram obtidos após torrefação ligeira ( ºC) ou mesmo sem qualquer tratamento; Arundo evidencia melhor compromisso entre capacidade de adsorção e de recuperação de azul de metileno do seu carvão, fator importante tendo em vista a regeneração do adsorvente e a recuperação do pigmento. Agradecimentos Projeto PROPELLET no âmbito do qual se efetuaram alguns dos ensaios e que foi promovido pela empresa CMC Biomassa, Lda.; Câmara Municpal de Almada, que forneceu alguma da biomassa utilizada; Co-autores do trabalho: Margarida Gonçalves, Catarina Nobre, Benilde Mendes Obrigado pela vossa atenção. 12