Com a crescente preocupação com o aquecimento global devido as emissões de dióxido de carbono, a redução gradativa de fontes mais acessíveis dos combustíveis fósseis e o aumento da procura de um fornecimento sustentável de combustíveis, aumentaram o interesse em fontes limpas e renováveis.
Os combustíveis fósseis possuem uma anunciada finitude e uma iminente escassez. Além disso, o gás carbônico proveniente de sua combustão é apontado como o grande vilão do efeito estufa, responsável pelo polêmico aquecimento global. Essa conjugação de fatores conferem a essa questão uma alteração na matriz energética global, que contemple ou aponte, cada vez mais, as fontes limpas e renováveis.
Uma alternativa seria o uso da biomassa. A biomassa se apresenta como uma resposta interessante à crescente demanda de energia renovável. Recursos renováveis oriundos da biomassa vegetal se tornam cada vez mais importantes como alternativa capaz de reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. Possuem ainda a vantagem de ter emissão neutra de CO2, pois o CO2 emitido é absorvido pelas plantas na fotossíntese durante seu crescimento.
Grandes quantidades de resíduos sólidos orgânicos são gerados mundialmente, parte dos resíduos não aproveitados energeticamente encontra usos na ração animal e na área de fertilizantes. A casca da soja, objeto de estudo deste trabalho é classificado como resíduo agroindustrial, devido ao aumento da disponibilidade deste resíduo no mercado e aos preços competitivos, tem sido bastante utilizada na alimentação de ruminantes.
Várias tecnologias capazes de converter a biomassa em energia tem sido cada vez mais estudadas. A tecnologia que pode convertê-las em produtos químicos e combustíveis líquidos mais valiosos será importante para atenuar alguns problemas ambientais e disponibilidade de energia (MURATA et al., 2012).
De acordo com Wang et al. (2010), a conversão de biomassa em energia pode ser alcançada por duas vias principais: processos biológicos (fermentação e digestão anaeróbia) ou processos termoquímicos (combustão, gaseificação e pirólise).
Gaseificação requer uma temperatura alta, na faixa de 900–1000°C, e processos de liquefação subsequentes de biogás são necessários para a obtenção de combustível líquido. A
via fermentativa se desenvolve em condições mais suaves, entretanto, a produtividade é ainda o maior obstáculo (MURATA et al., 2012).
A pirólise constitui uma alternativa para aproveitamento destes resíduos com geração de produtos de apreciável valor econômico. A pirólise vem se destacando como um processo eficiente de conversão termoquímica de biomassa, a temperatura relativamente moderadas (de 300–600°C), em outros produtos (MURATA et al., 2012). Estes produtos oriundos da pirólise podem ser classificados em três grandes categorias com base no seu estado físico: bio-óleo (líquido), carvão (sólido) e gases não condensáveis. Dentre esses produtos, o interesse maior é a corrente líquida que pode ser utilizada como combustível ou fonte para obtenção de bases ou produtos químicos importantes.
A pirólise da biomassa é um processo muito complexo, submetido a influências de vários fatores, tais como a taxa de aquecimento, temperatura da mistura, pressão no reator, tempo de residência da biomassa, umidade e composição da biomassa, tamanho das partículas, tipo de reator e ausência ou presença de aditivos/catalisadores (JUN et al., 2006).
Para uma melhor compreensão do processo de pirólise, é comum realizar a análise do comportamento térmico através da decomposição da biomassa por análise termogravimétrica (TGA). A análise termogravimétrica (TGA) é a técnica mais comum utilizada para observar a decomposição térmica e a cinética do processo de pirólise de materiais.
A investigação cinética é também uma das mais importantes aplicações da análise térmica. O conhecimento dos parâmetros cinéticos, os complexos mecanismos e a descrição matemática associados ao processo de decomposição térmica, são bases indispensáveis para melhoria dos processos de conversão da biomassa nos produtos de interesse.
Adição de aditivos/catalisadores confere ao processo maior flexibilidade para regular ou ajustar o processo de pirólise. Como existe uma enorme variedade de biomassas, com estruturas e componentes bastante diferentes, a pirólise de materiais distintos certamente necessitará de aditivos/catalisadores igualmente diferentes na etapa de desenvolvimento e otimização. A busca de aditivos/catalisadores adequados é uma tarefa trabalhosa. A análise térmica pode fornecer uma avaliação preliminar rápida de efeitos catalíticos de aditivos na pirólise. A perda de peso da amostra em função do tempo e temperatura é fornecida nesta técnica e, com esses resultados pode-se facilmente avaliar o efeito dos catalisadores sobre o processo de pirólise de biomassa. Além disso, este método tem a vantagem de utilizar uma quantidade muito pequena de amostras (JUN et al., 2006; CHATTOPADHYAY et al., 2009).
Compreender as propriedades catalíticas dos metais inorgânicos durante as reações de pirólise é crítico para o desenvolvimento de tecnologias avançadas de pirólise rápida para a
produção de bio-óleo de alta qualidade e produtos químicos finos a partir da biomassa (EOM et al., 2012).
Com este trabalho será possível avaliar a potencialidade da casca da soja como biomassa nos processos de termoconversão. Assim, o objetivo geral do trabalho foi realizar um estudo da decomposição térmica da casca de soja pura e com adição de NaCl, MgCl2 e ZnCl2. Para isso, foi necessário a obtenção de dados experimentais de decomposição térmica, obtidos através da análise termogravimétrica (TGA) e realizar a determinação dos parâmetros cinéticos através de modelos descritos na literatura. Para uma melhor compreensão da biomassa utilizada foram determinadas algumas de suas propriedades físicas e químicas, tais como: análise de distribuição de tamanho, densidade, análise de tamanho e forma, poder calorífico superior, análise elementar, análise imediata e composição química.
O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica mostrando as principais características da biomassa e suas técnicas de conversão em energia, as análises termogravimétricas e modelos cinéticos associados à decomposição térmica, além de alguns trabalhos encontrados na literatura desenvolvidos na mesma linha de pesquisa.
O Capítulo 3 aborda os materiais utilizados e sua preparação para utilização e as metodologias adotadas para caracterização da biomassa, realização das análises termogravimétricas e determinação dos parâmetros cinéticos.
Os resultados e discussão das análises de caracterização da casca de soja e análises termogravimétricas para diferentes amostras são apresentados no Capítulo 4.
No Capítulo 5 são descritas as principais conclusões obtidas durante o desenvolvimento deste trabalho e são apresentadas algumas propostas para trabalhos futuros.
São apresentados no Anexo A os algoritmos para a resolução do modelo de reações paralelas e independentes.
O Apêndice A mostra as metodologias utilizadas para realização da análise de composição química.
Devido a grande quantidade de análises termogravimétricas realizadas (análises realizadas em tréplica), os resultados referentes às réplicas e tréplicas são apresentados no Apêndice B.