Avaliação dos produtos da pirólise catalítica de pinus utilizando esferas de boehmita como suporte para ferrita de cálcio (Ca2Fe2O5) nanoestruturada como catalisador

Abstract

Este trabalho avaliou a influência de um catalisador de ferrita de cálcio suportado em esferas de boehmita sobre os produtos da pirólise de biomassa de pinus, com foco no bio-óleo e nos gases permanentes. Os experimentos foram conduzidos em um reator de leito fixo em escala de bancada, empregando a metodologia ex-situ a 550 °C, taxa de aquecimento de 30 °C/min e tempo de patamar de 30 minutos, sob fluxo de nitrogênio de 100 mL/min. Posteriormente, foi empregado para pirólise um reator Auger, em escala semi-industrial. O catalisador foi sintetizado pelo método de combustão em solução e caracterizado, juntamente com seu suporte, por MEV-EDS. Os produtos gerados – biochar, bio-óleo e gases permanentes – foram coletados e quantificados por gravimetria. A biomassa foi submetida à análise imediata, enquanto as frações aquosa e pesada do bio-óleo tiveram seu teor de umidade determinado pelo método Karl Fischer. Os gases permanentes foram analisados por cromatografia gasosa em dois intervalos de coleta. Os resultados demonstraram a eficácia do catalisador, destacada pelo aumento da fração de hidrogênio nos gases permanentes, que passou de 5,9 % na pirólise térmica (PT) para 8,4 % na pirólise catalítica (PC) no intervalo II. Observou-se também redução no teor de umidade da fração pesada do bio-óleo, de 11,5 % em PT para 8,75 % em PC, indicando potencial melhora no poder calorífico. Além disso, ocorreu diminuição da concentração de metano, especialmente no intervalo I, com redução de 10,60 % em PT para 9,70 % em PC. Esses resultados evidenciam que o catalisador à base de ferrita de cálcio contribui para a melhoria da qualidade dos produtos da pirólise.

This study evaluated the influence of a calcium ferrite catalyst supported on boehmite spheres on the products of pine biomass pyrolysis, focusing on bio-oil and permanent gases. The experiments were conducted in a bench-scale fixed-bed reactor using an ex-situ methodology at 550 °C, with a heating rate of 30 °C/min and a residence time of 30 minutes under a nitrogen flow of 100 mL/min. Subsequently, an Auger reactor at semi-industrial scale was employed for pyrolysis. The catalyst was synthesized by the solution combustion method and characterized, along with its support, by SEM-EDS. The products generated – biochar, bio-oil, and permanent – were collected and quantified gravimetrically. The biomass was subjected to proximate analysis, while the aqueous and heavy fractions of the bio-oil had their moisture content determined by the Karl Fischer method. Permanent gases were analyzed by gas chromatography in two collection intervals. The results demonstrated the effectiveness of the catalyst, highlighted by an increase in the hydrogen fraction in the permanent gases, rising from 5.9% in thermal pyrolysis (TP) to 8.4% in catalytic pyrolysis (CP) in interval II. A reduction in the moisture content of the heavy bio-oil fraction was also observed, from 11.5% in TP to 8.75% in CP, indicating a potential improvement in calorific value. In addition, a decrease in methane concentration was observed, especially in interval I, with a reduction from 10.60% in TP to 9.70% in CP. These results demonstrate that the calcium ferrite-based catalyst contributes to improving the quality of pyrolysis products.