Torrefação de resíduos da indústria de papel e celulose como pré-tratamento para produção de bio-óleo via pirólise rápida

Abstract

O setor florestal brasileiro gerou cerca de 47,8 milhões de toneladas de biomassa residual no ano de 2016, onde 9,3 milhões foram destinados à queima para produção de energia elétrica. Porém, existem outros destinos para esse resíduo, como a utilização em biorrefinarias. Essa é uma opção promissora, visto que permite converter essa biomassa em produtos sólidos, líquidos e gasosos de valor agregado. Dentre os processos de conversão, a pirólise rápida se destaca por gerar altos rendimentos de bio-óleo, um produto líquido muito atrativo comercialmente por ser mais fácil de transportar e mais denso do que a biomassa que o originou, além de conter inúmeros produtos químicos de valor agregado e poder ser utilizado como combustível. Porém, o bio-óleo apresenta propriedades físico-químicas que dificultam sua utilização, como instabilidade, pH ácido, alto teor de água e baixo poder calorífico. A utilização de biomassa torrada como matéria-prima é uma opção para melhorar as propriedades do bio-óleo gerado. O tratamento por torrefação remove compostos prejudiciais e água do bio-óleo, facilita a moagem da biomassa, aumenta a resistência da biomassa a ataques microbiológicos e reduz a higroscopicidade da biomassa. Nesse estudo, foi avaliada a influência da torrefação como pré-tratamento de biomassa residual do setor florestal para geração de bio-óleo via pirólise rápida. A biomassa utilizada foi o resíduo gerado durante o processo industrial de produção de celulose e papel(serragem e casca de Eucalyptus grandis). Esse material foi seco, torrado a três temperaturas (220 °C, 250 °C e 280 °C), triturado e pirolisado. Também foi pirolisada uma amostra sem tratamento por torrefação para fins de comparação, gerando ao todo 4amostras de bio-óleo. Análises elementar e termogravimétrica foram realizadas na biomassa e indicaram que o processo de torrefação é capaz de reduzir teores de água, hemiceluloses e oxigênio na sua composição. Essas características permitem armazenar a biomassa torrada por mais tempo (menores teores de água reduzem a chance de ataque microbiológico), facilitam sua moagem (devido à destruição parcial da estrutura fibrosa) e reduzem teores de água, oxigênio e compostos prejudiciais do bio-óleo gerado por pirólise rápida. Por outro lado, o processo de torrefação reduz significativamente a massa das amostras: 4,56% e 5,05% a 220°C; 13,80% e 12,71% a 250°C; 26,12% e 22,79% a 280 °C para serragem e casca de eucalipto, respectivamente. Para o processo de pirólise rápida foi utilizada apenas a serragem, gerando rendimentos de produto líquido de 34,05% para a biomassa não torrada e 34,71%, 24,13% e 13,52% para as biomassas torradas a 220 °C, 250 °C e 280 °C, respectivamente. As análises por CG-MS e elementar dos bio-óleos indicaram que ao utilizar biomassa torrada se reduz teores de compostos ácidos leves, cetonas e oxigênio em suas composições. Essas alterações melhoram a estabilidade do bio-óleo (pois a presença de heteroátomos torna as cetonas altamente reativas), reduzem sua corrosividade (reduzindo sua acidez), reduzem sua polaridade (reduzindo o teor de oxigênio) e aumentam seu poder calorífico (ao reduzir a proporção O/C). Adicionalmente, foram identificados compostos de valor agregado em concentrações acima de 3%: siringol, isoeugenol, acetosiringona, siringaldeído, 3,4-dimetóxiacetofenona, 3,4,5-trimetoxitolueno e 2,6-dimetóxi-4-(2-propenil)-fenol. Levando em consideração os efeitos da torrefação na biomassa, na pirólise rápida e no bio-óleo, conclui-se que 220 °C foi a temperatura de torrefação mais adequada, pois a biomassa torrada nessa temperatura apresentou menores teores de água e de hemiceluloses sem reduzir drasticamente sua massa e seu rendimento de bio-óleo, que apresentou melhores propriedades, tornando mais viável sua utilização como fonte de químicos de valor agregado e como combustível.