Capítulo 2 – Impacte da torrefação e da carbonização a baixa temperatura nas propriedades da
2.1.4 Torrefação e peletização
A torrefação e a peletização, são processos que parecem complementar-se, tendo em conta os prós e os contras dos produtos que originam [37].
Como já foi referido, a torrefação aumenta a densidade energética da biomassa, numa base mássica. No entanto, o mesmo já não acontece numa base volumétrica, pois apenas ocorre uma ligeira diminuição do volume durante o processo. Por outro lado, apesar do melhoramento das caracteristicas de moabilidade introduzidas com a torrefação, a biomassa torrefeita tem a desvantagem de apresentar uma baixa resistência mecânica e tendência para formar poeiras. Desta forma, do ponto de vista da torrefação a introdução da etapa de densificação é vantajosa, uma vez que contribui para ultrapassar estes dois problemas [37].
Do ponto de vista da peletização, a implementação da torrefação contribui para evitar a degradação biológica dos peletes, como já foi referido. Além disso, o facto de a torrefação poder ser aplicada a uma vasta variedade de biomassa, incluindo folhosas, coníferas, herbáceas ou resíduos, permite que o leque de matérias primas possíveis de serem usadas para densificação aumente
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significativamente [37]. O facto de a torrefação deixar a biomassa com características mais parecidas com as do carvão também possibilita a sua incorporação em maior percentagem em sistemas de co-combustão com o carvão [36].
Está reportado que a densificação de biomassa torrefeita pode originar peletes com uma densidade energética entre 15 a 18,5 GJ/m3, que é um valor bastante superior à densidade energética dos peletes convencionais, que tipicamente varia entre 8 a 11 GJ/m3, embora ainda um pouco inferior, por exemplo, à do carvão betuminoso, 21 – 22 GJ/m3 [37].
Existem dois caminhos possíveis para integrar os dois processos: ou se introduz a torrefação antes da densificação ou depois da densificação. Os estudos que se apresentam de seguida dizem respeito a estas duas opções.
No que respeita ao fabrico de peletes a partir de biomassa torrefeita, Peng e colaboradores [63], que estudaram a torrefacção e densificação de diferentes espécies de coníferas, verificaram um efeito negativo na compressão da biomassa e na qualidade dos peletes obtidos a partir da biomassa torrefeita. Após torrefação na gama 240 – 340 ºC durante 1 hora, verificaram um aumento do poder calorífico superior e da hidrofobicidade com a temperatura usada, mas à custa de uma acentuada perda de massa e da diminuição do rendimento energético e da rigidez dos peletes. Os autores referem a necessidade de se efetuar a compressão a temperaturas mais elevadas (170 – 230 ºC) do que o efetuado com a biomassa não torrefeita ou de se ter de adicionar água para melhorar o processo de compressão (com cerca de 10% de humidade a compressão já poderá ser feita a aproximadamente 110 ºC).
Também Li e co-autores reportam que as alterações introduzidas em serradura pela torrefação na gama de 260 a 300 ºC com tempos de residência entre 10 a 90 minutos, tiveram um impacte negativo, tanto no processo de compressão como nas propriedades dos próprios peletes. Constataram uma diminuição da densidade unitária dos peletes e um aumento considerável da energia requerida para comprimir a matéria-prima, devido ao aumento do atrito nos canais da matriz, tendo os autores atribuído a explicação à perda de água e de compostos de baixo ponto de fusão, que atuavam como agentes ligantes durante a compressão. Igual conclusão, obtiveram Stelte e colaboradores [64], no caso de peletes produzidos a partir de estilha de abeto sujeita a torrefação na gama de 250 a 300 ºC durante 2 horas. Estes referem que a decomposição provocada na biomassa leva a uma acentuada redução de grupos hidroxilo nas cadeias poliméricas, o que reduz as possibilidades de estabelecimento de pontes de hidrogénio e que a perda de humidade prejudica o estabelecimento de pontes sólidas entre partículas adjacentes, uma vez que dificulta a interdifusão dos polímeros entre as partículas. Os autores indicam como uma das medidas para contornar o problema o uso de aditivos, que, idealmente, se liguem entre a superficie hidrofóbica e os grupos polares remanescentes das cadeias poliméricas da biomassa, tais como ácidos gordos de cadeia curta ou monoglicerídeos.
Capítulo 2 – Impacte da torrefação e da carbonização a baixa temperatura nas propriedades da biomassa de arundo e palmeira em peletes de resíduos de pinheiro
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No que toca à aplicação da torrefação após o fabrico dos peletes, Shang e co-autores [65] verificaram um aumento do poder calorífico superior dos peletes com o aumento de temperatura de torrefação, estudada na gama 230 – 270 ºC com um tempo de residência de 1 hora, embora acompanhado por uma diminuição da durabilidade mecânica e de uma acentuada diminuição do rendimento mássico e energético. De forma a preservar energia nos peletes os autores sugerem a realização da torrefação a temperaturas inferiores a 250 ºC ou menores tempos de residência.
No entanto, um estudo de Ghiasi e colaboradores [66], que comparou o fabrico de peletes da conífera Pseudotsuga menziesii (abeto de Douglas) pelos dois caminhos referidos, conclui que a aplicação da torrefação após a densificação originou peletes com boa durabilidade mecânica, maior poder calorífico, menor teor de humidade e maior hidrofobicidade. Além disso, a torrefação dos peletes mostrou ser o caminho energeticamente mais eficiente. Os autores verificaram que a diminuição da energia requerida na atapa de moagem, ao fazer-se a torrefação antes da densificação, não é suficiente para compensar o maior consumo energético necessário na secagem da biomassa antes da torrefação e na compressão da biomassa torrefeita. Os autores referem, ainda, que a compressão da biomassa torrefeita só foi possível realizar-se com um consumo energético aceitável através da introdução de um agente ligante, o que não é necessário quando se aplica a torrefação após a densificação.
Neste trabalho foi estudada a aplicação da torrefação após a densificação de resíduos de biomassa de pinheiro.
Objetivo
O objetivo deste capítulo é estudar o impacte da torrefação nas propriedades caloríficas, mecânicas e materiais de biomassa de arundo e de palmeira e também de peletes de resíduos de pinheiro.