Características enquanto combustível

Os biocombustíveis sólidos possuem características combustíveis muito variáveis e que dependem da matéria-prima primordial, bem como do pré-tratamento e condições a que é sujeito previamente à sua utilização. As características mais importantes destes biocombustíveis são:

 Composição elementar: depende da espécie e tipo de biomassa que é utilizada. É importante conhecer a composição do material a consumir, nomeadamente no design e construção das entradas de ar na câmara de combustão, modo de operação e limpeza e manutenção, entre outros. Os elementos mais importantes na biomassa são usualmente o carbono, o oxigénio e o hidrogénio.

 Tamanho da partícula de combustível: dependente do pré-tratamento a que foi sujeito o combustível e deve ser ajustado ao tipo de aplicação e equipamento onde pode ser utilizado.  Densidade: depende do tipo de biomassa mas pode também depender do pré-tratamento (e.g.

pelletização). Influencia essencialmente a logística de transporte e armazenamento do combustível.

 Densidade energética: depende do tipo de biomassa e do seu pré-tratamento e está relacionada com a densidade anteriormente referida. É um dos fatores técnicos mais relevantes e pode condicionar não só o processo de logística, transporte e armazenamento como ainda a sua utilização em determinados equipamentos.

 Poder calorífico superior e inferior: Dependem da origem, tipo de biomassa e particularmente do teor em humidade e cinzas. O poder calorífico superior corresponde ao conteúdo total de energia libertada quando o combustível é queimado na presença de ar, contando com o calor latente necessário para evaporar a água proveniente do combustível e formada na combustão. O poder calorífico inferior varia numa gama que vai desde os 15-19MJ/kg para resíduos agrícolas, 15-17 MJ/kg para biomassa lenhosa ou 55 MJ/kg no caso do biometano. Estes poderes caloríficos podem comparar-se com o dos carvões que rondam os 20-35MJ/kg (Zhang et al., 2010).

 Teor em humidade: fator fortemente dependente da espécie e origem da biomassa mas também relacionada com o pré-tratamento a que foi sujeita a biomassa. É um fator técnico de enorme importância uma vez que níveis elevados podem condicionar o rendimento energético dos processos, a temperatura de combustão, os tempos de residência na caldeira e ainda o volume de gás de combustão produzido por unidade de energia. Os teores de humidade em biomassa fresca podem variar entre valores inferiores a 20% (resíduos da agricultura como cascas e palhas) até aos 85% (resíduos orgânicos animais) (website [3]). Com conteúdos superiores a 60% (bh) a combustão destas biomassas pode ficar comprometida e assim, à medida que o conteúdo em humidade diminui, o poder calorífico tende a aumentar (Araújo, 2008).

 Teor em voláteis: fator importante na fase de conceção, design e construção do sistema de combustão, nomeadamente no que se refere ao sistema de controlo de emissões e os tamanhos da câmara de combustão. Este fator refere-se à fração de biomassa que, por via de decomposição térmica até aos 900ºC, passa para a fase gasosa sob a forma de variados gases voláteis combustíveis. A biomassa apresenta uma fração de matéria volátil relativamente elevada a rondar 64% (m/m) contra 31% no carvão (a humidade é descontada) (Vassilev et al., 2009).

 Teor em cinzas: fator que depende em grande medida da proveniência e pré-tratamento a que a biomassa é sujeita. A cinza corresponde maioritariamente à fração inorgânica que sobra no final da combustão e na biomassa pode variar entre os 0,1% e os 46,3% (bs), dependendo da biomassa (Vassilev et al., 2009). A sua importância é grande na medida em que é necessário acautelar ciclos de limpeza e manutenção, bem como a existência de mecanismos de despoeiramento e redução de emissão de partículas nos sistemas de combustão. As cinzas estão associadas a problemas de operação, que serão discutidos em pormenor nesta dissertação no capítulo 6. À produção de cinza está também associada a problemática da deposição, armazenamento, transporte e a uma possível reutilização.

 Fusibilidade de cinzas: consiste na avaliação da tendência para a fusão das cinzas de combustão e é um fator determinante no contexto da segurança operacional e técnica de combustão. Baixas temperaturas de fusão podem ser responsáveis pela formação de depósitos e incrustações graves que podem por em causa a vida do próprio sistema de combustão. Este aspeto será abordado em pormenor no capítulo 7.1 desta dissertação.

A título de exemplo, Saidur et al., (2011) compilaram algumas destas propriedades para um conjunto de combustíveis sólidos, que se registam na Tabela 4.

Tabela 4 – Propriedades de diversas biomassas enquanto combustível (Adaptado de Saidur et al., 2011).

Propriedades Carvão Biomassa lenhosa Biomassa herbácea (palha)

Sementes de

Palma Pellets de madeira

Humidade (%bh) 4,4 9,5 8,3 9,3 5,4

Cinza (%bh) 12,1 1,8 14,2 4,2 2,6

Fração de voláteis (%bh) 32,5 81,3 72,0 71,6 79,2

Fração de carbono fixo (%bh) 68,8 45,0 38,5 44,2 47,9

PCI (MJ/kg) 27,44 17,21 15,35 18,72 18,71

Densidade (kg/m3) 1300 500 500 500 >650

É interessante comparar as principais propriedades da biomassa com as do carvão, um combustível fóssil cujas propriedades e usos estão bem definidos e caracterizados. Por exemplo, sabe-se que o teor

maiores teores de sílica e potássio, azoto e oxigénio. Em algumas biomassas pode ainda existir uma elevada fração de cloro relativamente ao carvão. Os carvões, por sua vez, possuem normalmente maiores teores em carbono, ferro, alumínio e enxofre.

Assim, verifica-se que existem algumas limitações relativamente à conversão térmica de biomassa quando comparada com a utilização de combustíveis fósseis. Essas limitações são:

 Menor poder calorífico que combustíveis fósseis;  O elevado teor em cinzas de algumas biomassas;

 Elevado teor em humidade e oxigénio (afetam a eficiência e rendimento energético do processo);  Possibilidade de ocorrência de grande heterogeneidade de composição da biomassa entre

diferentes carregamentos;

 Características das cinzas que podem levar à formação de depósitos, fenómenos de fouling e

slagging;

 Forte presença de cloro ou outros elementos desconhecidos pode originar corrosão.