Estudo preliminar para o desenvolvimento de uma instalação piloto para gaseificação de biomassa florestal: análise dos tipos de gaseificadores e caracterização da biomassa

Abstract

Pelo seu carácter renovável, abundância, baixo custo e risco de incêndio, a biomassa florestal é vista pelos especialistas como uma das alternativas mais promissoras para um futuro energético sustentável, através do aproveitamento energético. De entre as tecnologias que proporcionam um aproveitamento energético eficiente e de baixo impacte ambiental encontra-se a gaseificação, que consiste num processo de conversão da matéria orgânica por oxidação parcial num gás combustível, constituído fundamentalmente por hidrogénio (H2) e monóxido de carbono (CO), e em percentagens menores, por dióxido de carbono (CO2), água (H2O), metano (CH4), hidrocarbonetos (C2+) e azoto (N2). Entre outros fatores a produção de gás é afetada pela temperatura, pressão, teor de oxigénio no reator e o tipo e humidade do combustível. Neste trabalho é apresentado um resumo bibliográfico dos sistemas de gaseificação, descrevendo a sua evolução histórica, os tipos de gaseificadores, as etapas do processo de conversão, os poluentes e as formas de limpeza do gás. É feita a caracterização físico-química da biomassa florestal (pinheiro bravo e eucalipto), tendo em conta a sua composição; é avaliado o processo de decomposição térmica e são estimados os parâmetros cinéticos da reação de decomposição, admitindo uma reação de decomposição de 1ª ordem, sendo obtido para a madeira de eucalipto uma energia de ativação de 198 kJ/mol e um fator pré-exponencial de 2,87x1014 s-1. O potencial energético da biomassa foi medido para diferentes graus de humidade, tendo-se obtido para a madeira de eucalipto (seca) um PCS de 19,43 kJ/kg e para madeira de pinho bravo (seca) um PCS de 20,25 kJ/kg.

The abundance, renewable classification, low price and high risk of fire makes forest biomass as one of the most promising options for a sustainable energy future. Among the technologies that allows high energy efficient and low environmental impact using forest biomass appears gasification. Biomass gasification allows the conversion of organic matter into syngas by partial oxidation. The composition is mainly hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO), and in lower percentage carbon dioxide (CO2), water (H2O), methane (CH4), hydrocarbons (C2+) and nitrogen (N2). Syngas production is dependent on the temperature, pressure, oxygen content in the reactor and fuel type and moisture. This paper presents an overview of the gasification systems, describes their historical development, types of gasifiers, the conversion process and the gas cleaning systems. Physical and chemical characterization of forest biomass (pine and eucalyptus) is described and the thermal analysis is carried out to estimate the kinetic parameters. The thermal decomposition of eucalyptus described by a 1st order reaction provides an activation energy of 198 kJ/mol and a pre-exponential constant of 2.87x1014 s-1. The high heat value (HHV) of eucalyptus and pine were measured as a function of the moisture. Under dry basis a HHV of 19.43 kJ/kg for eucalyptus and a HHV of 20.25 kJ/kg for pine is obtained.