Produção de combustíveis

Conforme dito anteriormente, a pirólise de resíduos plásticos vem se mostrando eficiente na obtenção de combustíveis alternativos. Dessa forma, serão avaliados nesta seção a aplicação dos produtos reciclados em motores a combustão.

Apesar do aumento do consumo de combustíveis por conta do rápido crescimento da produção dos veículos automotivos, KUMAR et al. (2013) observa que dada as normas de emissões cada vez mais restritas, criou-se a necessidade de combustíveis alternativos para motores a diesel.

É válido lembrar ainda que, mesmo com diversos estudos sobre o óleo da pirólise e o seu potencial como combustível alternativo, é importante a realização de testes práticos para a verificação dessa característica. Isso é necessário já que a utilização de um produto como combustível não depende somente de poder calorífico e sim de uma adequação de diversas propriedades, geralmente regulada por normas.

No entanto, as diferentes análises apresentadas nesta seção podem ter resultados divergentes, visto que a qualidade do produto oleoso depende fortemente da composição dos RSP utilizados e, também, dos parâmetros do processo utilizado (GALA et al., 2020). Por isso, serão levantadas as principais diferenças entre cada aplicação a fim de tornar a apresentação dos resultados mais embasada e possibilitar concluir observações sobre esse tópico.

Em relação à matéria-prima utilizada na pirólise, KUMAR et al. (2013) e KAIMAL (2016) utilizam somente resíduos sólidos de PEAD, enquanto RINALDINI et al. (2016) utiliza uma mistura contendo PE (75 – 85%), PP (15 – 25%), PS e PB e GALA et al. (2020) por sua vez estudou três matérias-primas, conforme mostrado na Tabela 3.4. Por último, MANI (2009) não descreve a composição de sua matéria-prima utilizada.

Tabela 3.4: Composição e origem das matérias-primas utilizadas - Fonte: GALA et al., 2020

Salvo o caso de MANI (2009), podemos observar que em todos os casos estudados, quase a totalidade da concentração das cargas iniciais são referente a poliolefinas e, como descrito anteriormente, geralmente a pirólise desses compostos forma um produto líquido com características similares ao diesel (GALA et al., 2020).

Após a seleção das cargas iniciais da pirólise, é importante definir as condições operacionais da degradação térmica, as quais se encontram na Tabela 3.5. É válido observar que somente a planta utilizada por GALA et al. (2020) foi citada como um processo contínuo e com capacidade de processamento de 80 kg/h, ao contrário de KUMAR et al. (2013) e KAIMAL (2016) que processaram em batelada 20 g e 750 g de resíduo plástico, respectivamente.

Tabela 3.5: Condições de operação da pirólise

Para todos os casos supracitados, os produtos líquidos oriundos da pirólise de RSP foram caracterizados física e quimicamente e comparados com o diesel automotivos, por meio da norma EN 590:2014+A1:2017, que é a norma da União Europeia que estabelece

Composição mássica (wt%)

PEBD PEBDL PP Forma

IPW Industrial plastic waste -

Resíduo plástico industrial > 91 - < 9 Granulos

PCPW

Post-consumer colour plastic waste segregated from MSW - Resíduo plástico pós-consumo colorido segregado do RSP

24 69 7 Granulos

PWPW

Post-consumer white plastic waste segregated from MSW - Resíduo plástico pós-consumo branco segregado do RSP

26 66 8 Granulos

Identificação da

os parâmetros necessários para a venda do combustível. Esses resultados encontram-se na Tabela 3.6.

Tabela 3.6: Propriedades do líquido obtido da pirólise de resíduos plásticos

A partir dos dados acima, pode-se observar, de forma geral, que há similaridade dos produtos líquidos obtidos da pirólise com o diesel, principalmente em relação a poder calorífico, confirmando seu potencial como combustível (GALA et al., 2020; KUMAR et al., 2013). No entanto, comparando com os parâmetros exigidos pela EN590:2014+A1:2017, é nítido que há desafios relacionados a densidade, teor de enxofre, ponto de fulgor e de solidificação parcial do material a frio (ponto de nuvem e ponto de obstrução do filtro a frio).

Em relação aos desafios, GALA et al. (2020) afirma que há uma necessidade de pelo menos mais uma etapa de melhoria, como destilação da matéria-prima, ou a mistura de frações do reciclado com combustíveis comerciais para obter propriedades que satisfaçam as normas. Em concordância com o exposto, KUMAR et al. (2013) utiliza testes com misturas de diesel contendo 10%, 20%, 30% e 40% de óleo de pirólise e, também, KAIMAL (2016) com misturas de 25%, 50% e 75% do produto obtido.

Estudando como refinar o produto líquido obtido a ponto de satisfazer as especificações da EN590:2014+A1:2017, GALA et al. (2020) obteve esse potencial combustível com uma mistura utilizando 50 wt% de diesel comercial, 50 wt% de óleo oriundo da carga de PWPW, por conta de seu menor teor de enxofre, destilada com temperaturas iniciais e finais de destilação de 180 °C e 395 °C e com aditivação de 1000 ppm de aditivo de ponto de obstrução do filtro a frio. Apesar do sucesso do refino, não foram realizados testes em motores a diesel, infelizmente.

Partindo para testes em motores a diesel, cada um dos autores citados utilizou uma configuração diferente, evidenciada na Tabela 3.7. É valido lembrar que, apesar de RINALDINI et al. (2016) não evidenciar uma potência nominal do motor a 1500 rpm, os autores realizaram testes com velocidades entre 1200 e 3000 rpm.

Tabela 3.7: Configurações de motor utilizadas por cada autor

Com os resultados obtidos por publicação, podemos segmentar as conclusões comparativas do líquido da pirólise de RSP e do diesel em relação ao seu desempenho e suas emissões do processo de queima. No que diz respeito ao desempenho, podemos realizar as seguintes afirmações abaixo:

• KAIMAL (2016), KUMAR et al. (2013) e MANI (2009) observaram que o óleo de pirólise e suas misturas com diesel comercial apresentam menor eficiência térmica quando comparado ao diesel, por conta de fatores como maior necessidade de energia para quebrar ligações em compostos aromáticos e uma maior perda de calor, por exemplo. Maiores densidades e viscosidades podem influenciar negativamente esses resultados também, por conta da presença de cadeias carbônicas mais pesadas (KAIMAL, 2016);

• Em relação ao consumo específico de energia (BSEC – Brake Specific Energy Consumption), KUMAR et al. (2013) e KAIMAL (2016) apresentaram valores para essa propriedade em que se pode concluir que o consumo específico de energia é levemente superior conforme o teor de óleo de pirólise aumenta, podendo ser por conta de uma maior densidade e viscosidade, que acarreta uma pior mistura que prejudica a combustão (KAIMAL, 2016), ou pelo menor poder calorífico (KUMAR et al., 2013). Já para RINALDINI et al. (2016), que realizou testes para diferentes velocidades, observou um menor consumo específico de combustível (BSFC – Brake Specific Fuel Consumption) para velocidades baixas e média, porém para maiores

velocidades de rotação do motor foi observado um maior consumo específico de combustível;

• MANI (2009) e RINALDINI et al. (2016) observaram um retardamento da ignição do combustível oriundo da pirólise, quando comparado ao diesel comercial. Segundo MANI (2016), esse fator gera ainda um aumento da pressão no cilindro de combustão;

É fundamental ressaltar que não basta trazer inovação a ponto de se produzir um combustível alternativo com desempenho similar ou superior ao diesel, sem analisar as características das emissões do produto. Dessa forma, os autores estudaram também as emissões e as observações podem ser resumidas nos tópicos abaixo:

• KUMAR et al. (2013) e MANI (2009) atestaram temperaturas de gases de exaustão levemente superior para combustíveis com óleo de pirólise é maior. A razão para esse fato é o maior consumo específico de energia dos combustíveis oriundos da degradação térmica de RSP, sendo necessário uma maior quantidade de combustível para geração da mesma energia (KUMAR et al., 2013);

• KAIMAL (2016) afirma que maiores valores de densidade e viscosidade, assim como uma menor volatilidade do combustível preparado parcialmente ou totalmente com o óleo de pirólise acarretam uma maior emissão de hidrocarbonetos não queimados, por conta de uma menor eficiência na combustão. Essa maior emissão foi observada também por KUMAR et al. (2013) e MANI (2009);

• KAIMAL (2016), KUMAR et al. (2013) e MANI (2009) observaram maiores emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) para as misturas, quando comparado com o diesel comercial. MANI (2009) explica que isso ocorre pelo fato de as misturas terem uma maior taxa de liberação de calor e temperaturas de combustão maiores, além de uma contribuição por ter uma ignição retardada quando comparado ao diesel;

• O monóxido de carbono (CO), apesar de ser tóxico e ter que ser controlado, teve uma maior emissão para o combustível alternativo observada nos trabalhos de KAIMAL (2016), KUMAR et al. (2013) e MANI (2009), onde os primeiros autores afirmam que a razão desse comportamento é por conta de ausência de compostos oxigenados no óleo de pirólise;

• Já em relação ao CO2, KUMAR et al. (2013) e MANI (2009) observaram que

a emissão desse composto foi menor nos combustíveis alternativos, por conta da combustão tardia ocasionando a oxidação incompleta de CO;

• Não entrando em concordância, a emissão de fumaça ou fuligem foi inferior para MANI (2009) e RINALDINI et al. (2016), enquanto KAIMAL (2016) observou um acréscimo para o óleo de pirólise e suas misturas. KAIMAL (2016) justifica relacionando a menor eficiência de combustão dos óleos, enquanto MANI (2009) apresenta que maiores temperaturas de combustão, assim como sua maior duração são umas das razões para menor emissão;

A partir das observações feitas, pode-se concluir que o desempenho do combustível alternativo, produzido por pirólise de resíduos plásticos, ainda é levemente inferior ao diesel comercial, apresentando também um maior teor de emissões. Dessa forma, as ponderações feitas por GALA et al. (2020), afirmando que é necessário pelo menos uma etapa de refino, como a destilação, para a obtenção de um combustível com maior qualidade e adequação às normas reguladoras fazem sentido e mostram-se relevantes para o futuro da prática.

É válido destacar que os resultados levemente inferiores ao diesel não descartam essa aplicação para o óleo da pirólise, já que na adição de pequenos percentuais mássicos desse óleo ao diesel não há uma grande piora de desempenho e permite, ainda, ser uma das saídas para os problemas ambientais gerados pela mal gerenciamento dos resíduos plásticos. Nesse sentido, KAIMAL (2016) conclui para sua prática que a mistura de diesel com 25% de óleo de pirólise pode ser considerada como um substituto efetivo para o diesel.

Como forma de fomentar o crescimento da pirólise de resíduos plásticos com foco na produção de combustíveis, uma possível medida com grande potencial seria a regulamentação da aplicação crescente com o passar dos anos desse líquido de pirólise no diesel comercial, começando com pequenos percentuais, como feito atualmente com biodiesel (ANP, 2019).

3.2. APLICAÇÃO TECNOLÓGICA 02: PRODUÇÃO DE LUBRIFICANTES