Dando uso aos resíduos florestais por meio de tecnologias de pirólise

 Neste texto você aprenderá sobre os processos da pirólise, os principais tipos e os produtos gerados a partir da conversão termoquímica da biomassa oriunda de resíduos de empresas e indústrias florestais.

Atualmente, as empresas e indústrias florestais têm buscado tecnologias que direcionam, de forma sustentável, o uso da biomassa oriunda de resíduos florestais e rejeitos gerados nos processos de produção e transformação da madeira. Com a devida direção, esses materiais, compostos principalmente por lignocelulose – ou seja, por lignina, celulose e hemicelulose – têm potencial para gerar produtos de alto valor agregado.

As instituições acadêmicas buscam soluções inovadoras para dar finalidade a esses resíduos reflorestais, as quais são normalmente deixados para decomposição natural no solo sem aproveitamento da energia neles contidos. A criação de novas tecnologias pode favorecer a economia nacional de forma sustentável, uma vez que a geração excessiva de resíduos de madeira associada ao seu baixo aproveitamento resulta em danos ambientais.

O Laboratório de Celulose e Papel (LCP) do Departamento de Engenharia Florestal (DEF) da Universidade Federal de Viçosa (UFV), reconhecido internacionalmente por seus projetos, realiza pesquisas em parcerias com grandes empresas do setor florestal na busca de soluções focadas nos processos de pirólise da biomassa. Essas soluções visam dar uma finalidade sustentável e economicamente rentável para os resíduos florestais, produzindo novos produtos a partir da conversão termoquímica da biomassa.

Mas afinal, você sabe o que é pirólise?

A pirólise é a primeira etapa dos processos de combustão e gaseificação em geral, que ocorre com a ruptura da estrutura molecular original da biomassa, por meio da termodegradação, na ausência parcial ou total de um agente oxidante, como, por exemplo, o oxigênio. O processo gera materiais em diferentes fases, líquida, sólida e/ou gasosa, variando conforme o tipo de pirólise empregada, os quais se diferenciam na temperatura e tempo de processamento da biomassa. Abaixo iremos explicá-los.

Tipos de Pirólise

Os principais tipos de pirólise são:

Pirólise rápida ou Fast Pyrolysis

A pirólise rápida é geralmente realizada em uma faixa de temperatura entre 450–850 °C, em um tempo de 0,5 a 10 segundos de residência do vapor, resultando em uma alta taxa de aquecimento (10-200° C/s). Neste processo de termodegradação da biomassa, os voláteis são liberados rapidamente, diminuindo o tempo de contato dos gases com a superfície da biomassa carbonizada. Como resultado, a recombinação dos voláteis na superfície do sólido pode ser minimizada, o que leva à recuperação de mais voláteis, favorecendo a produção de um líquido viscoso de coloração marrom escuro, conhecido como bio-óleo ou bio oil.

Pirólise lenta ou Carbonização

Diferente da pirólise rápida, a pirólise lenta é um processo de aquecimento que varia de 0,1–10 °C/s e tempo de residência de vapor mais longo, de até 550 segundos. Com isso, a quebra de ligações químicas mais fracas é facilitada e, por ser mais lento, permite que os voláteis liberados durante a carbonização tenham tempo suficiente para recombinar com o material, favorecendo a produção de sólidos, como o carvão vegetal e o biochar.

Pirólise instantânea ou Flash Pyrolysis

A pirólise instantânea é caracterizada por taxas de aquecimento

extremamente altas, superiores a 1000 °C/s, e tempo de residência de vapor curto, menor que 0,5 segundos. Nesse processo, a alta temperatura é atingida em um curto espaço de tempo, as ligações químicas são quebradas, promovendo a produção de voláteis sem tempo para haver recombinação destes, favorecendo a produção de gases, conhecidos como gás de síntese ou Syngas (Syntese Gas).

Características dos produtos gerados

Bio-óleo ou bio oil

O bio-óleo, também conhecido como óleo de pirólise, produzido na pirólise rápida, possui coloração marrom escuro e odor característico de fumaça. A mistura é composta por oxigenados e alto volume de água, provenientes da umidade da biomassa e das reações, além de diferentes partículas resultantes da composição dos diversos tipos de biomassa utilizados, dos equipamentos e das condições e eficiência do processo.

Este produto tem diversas aplicações, podendo ser aprimorado para ser usado como combustível de transporte, produção de produtos químicos, em caldeiras para geração de calor, além do uso em turbinas e motores de geração de energia elétrica. Atualmente, diversas pesquisas estão sendo realizadas em todo o mundo para maximizar e melhorar a quantidade e a qualidade do bio-óleo produzido.

Carvão Vegetal e Biochar

O carvão vegetal e o biochar são os principais produtos da pirólise lenta, e apresentam diferentes propriedades químicas e físicas, dependendo da composição da biomassa e das condições do processo de produção. No entanto, esses produtos se diferenciam pela forma como a matéria-prima é introduzida no processo, sendo o biochar proveniente da biomassa picada, enquanto o carvão vegetal é produzido a partir de madeira.

O biochar é um material versátil e pode ser aplicado como fertilizante em solos. Ele é capaz de melhorar a retenção de água no solo e, consequentemente, aumentar a fixação de nutrientes no solo e reduzir as emissões de óxido nitroso (N₂O), metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂). Além disso, o produto possui propriedades de adsorção de poluentes orgânicos, e outras diversas vantagens.

Já o carvão vegetal é amplamente utilizado em diversos segmentos da indústria, como siderurgia, metalurgia e cimento, bem como para utilização residencial urbana e rural. Além disso, o carvão vegetal é um combustível renovável e pode ser uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis.

Gás de síntese ou Syngas

Conhecido também como biogás, o gás de síntese é composto principalmente por hidrogênio (H₂) e monóxido de carbono (CO), além de pequenos volumes de nitrogênio (N₂), água, dióxido de carbono (CO₂), hidrocarbonetos como C₂H₄, CH₄, C₂H₆, cinzas, e outros, dependendo da matéria-prima e das condições de pirólise.

A pirólise instantânea produz um gás de síntese mais puro, e seu rendimento é altamente influenciado pela temperatura da pirólise. O Syngas produzido pode ser utilizado em processos de combustão industrial e para motores de combustão interna.

Perspectivas para o futuro

O mercado tem grandes expectativas em relação à diminuição do uso de combustíveis fósseis na geração de energia e na produção de diversos químicos, e a resposta pode estar nas florestas plantadas. Com a crescente preocupação em relação às mudanças climáticas e à necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, o uso de fontes de energia renovável é uma solução cada vez mais relevante e necessária.

Naohiro Doi, diretor e presidente da Cenibra, afirma que é necessário que cada vez mais se tenham pesquisas que visam compreender e aprofundar sobre o potencial de aplicabilidade e transformação da madeira, especialmente de eucalipto. Segundo ele, “trata-se de avançar em inovação com produtividade focada em alavancar a participação em novos mercados, mesmo que ainda incipientes. Para isso, o alinhamento com instituições e o pensamento científico é inerente ao desenvolvimento almejado.”

O Departamento de Engenharia Florestal (DEF) e o Laboratório de Celulose e Papel (LCP) da Universidade Federal de Viçosa (UFV) incentivam e investem em pesquisas e projetos que visam contribuir para a mudança da matriz energética brasileira, rumo a um futuro mais sustentável.

Referências Bibliográficas:

IPT – INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SP. Energia da biomassa: Capacitação de pesquisadora na Inglaterra amplia competências do IPT em pirólise rápida de resíduos agroflorestais. IPT – Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de SP, São Paulo, p. 1, 29 jul. 2015. Disponível em: https://www.ipt.br/noticias_interna.phpid_noticia=956#:~:text=O%20processo%20tradicional%20de%20realiza%C3%A7%C3%A3o,fases%20gasosas%20e%20s%C3%B3lidas%20no. Acesso em: 26 abr. 2023.

FARIA, Rogério Gomes. SÍNTESE HIDROTÉRMICA DE NANOPARTÍCULAS DE FERRITA DE BÁRIO. Orientador: Prof. Drª. Renata Aquino da Silva de Souza. 2014. Dissertação (Título de Mestre em Ciência de Materiais pelo Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais da Universidade de Brasília) – UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA – UNB U, Brasília, 2014. Disponível em: https://repositorio.unb.br/bitstream/10482/18410/1/2014_RogerioGomesFaria.pdf. Acesso em: 26 abr. 2023.

BRAGA, Renata Martins. Pirólise Rápida Catalítica do Capim Elefante utilizando materiais mesoporosos e óxidos metálicos para deoxigenação em bio-óleo. Natal/RN: [s. n.], 2012. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/13017/1/Pir%c3%b3liseR%c3%a1pidaCatal%c3%adtica_Braga_2012.pdf. Acesso em: 26 abr. 2023.

MORAES, MARÍLIA RAMALHO DE FIGUEIREDO DOS SANTOS. PIRÓLISE CATALÍTICA DE BIOMASSA VEGETAL PARA PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS. 2017. Dissertação (Doutorado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco) – UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO, Recife, 2017. Disponível em: https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/28387/1/TESE%20Mar%c3%adlia%20Ramalho%20de%20Figueiredo%20dos%20Santos%20Moraes.pdf. Acesso em: 26 abr. 2023.

FÉLIX, Camila Ribeiro de Oliveira et al. Pirólise rápida de biomassa de eucalipto na presença de catalisador Al-MCM-41. Revista Matéria, 2017, 1 nov. 2017. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rmat/a/YP4GL39hLZXRn6dyKRLqydn/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 26 abr. 2023.