BIOCARBONO
BIO-ÓLEO
GÁS DE SÍNTESE
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TECNOLOGIA
BIOCARBONO
BRASIL BIOMASSA
O aço se destaca como o material metálico mais amplamente utilizado e importante, tanto em termos de volume de produção quanto em sua vasta gama de aplicações versáteis. Apesar de sua importância inigualável, o processo de fabricação de ferro e aço depende fortemente de combustíveis fósseis para atender às demandas de energia e facilita a extração primária e o refino de minérios. Globalmente, a indústria de ferro e aço representa um dos maiores contribuintes para as emissões de gases de efeito estufa (GEE), liberando anualmente 3,7 Gt de CO2. Esse nível de emissões gira em torno de 2 toneladas de CO2 para cada tonelada de aço produzida, constituindo aproximadamente 7% das emissões globais de CO2. A produção global de aço aumentou drasticamente nas últimas décadas, uma tendência que deve continuar dada a forte correlação entre a demanda do mercado de aço, o crescimento populacional e a expansão econômica. Portanto, para abordar o crescente problema das emissões de GEE, os fabricantes de aço atualmente enfrentam o desafio de reduzir suas emissões de CO2 desenvolvendo novas tecnologias para a produção sustentável de ferro e aço.
Os dois métodos bem estabelecidos predominantemente usados na produção de aço são o alto-forno forno de oxigênio básico (BF-BOF) e o forno elétrico a arco (EAF), com o primeiro atualmente representando a maioria (70,7%) da produção global de aço. No entanto, o potencial de descarbonização da produção de aço EAF tem despertado interesse nos últimos anos, alinhando-se com o foco crescente no crescimento verde dentro da indústria siderúrgica.
Atualmente, fontes fósseis de carbono são usadas como carbono de carga e carbono de injeção no processo EAF. Isso inclui materiais como coque, coque de petróleo ou antracito. Normalmente, 12 kg de carbono fóssil são usados como carbono de injeção ou carga por tonelada de aço produzido, o que representa 40–70% das emissões diretas de um EAF. Isso representa uma oportunidade para descarbonizar ainda mais o processo de fabricação de aço, substituindo o carbono fóssil por biocarbono derivado de biomassa. Como o biocarbono é retirado do ciclo natural do carbono, ele pode ser considerado um material neutro em carbono.
A utilização de biocarbono na produção de aço em forno elétrico a arco (EAF) representa um caminho promissor para a redução da pegada de carbono da produção de aço. Normalmente, a biomassa residual é usada como matéria-prima para produzir biocarbono. Isso cria um potencial suprimento de resíduos para recursos, além de usar um material neutro em carbono para reduzir as emissões de CO2 do processo EAF.
É essencial observar que o biocarbono derivado da biomassa difere do carbono fóssil em termos de reatividade, pureza e morfologia. Devido à sua maior absorção de umidade e dependência da umidade em comparação ao carbono fóssil, as análises de biocarbono devem ser relatadas em base seca para garantir a consistência. Embora o biocarbono ofereça potenciais benefícios de sustentabilidade, suas propriedades únicas exigem consideração e desenvolvimento cuidadosos para garantir a integração bem-sucedida no processo de produção de aço por forno elétrico de arco elétrico.
Fontes de carbono baseadas em biomassa podem ser usadas na produção de aço, por exemplo, como parte de misturas de coque, injetadas diretamente em altos-fornos (BF) ou como agente espumante em fornos elétricos a arco.
Existem vários fatores que definem a adequação do biocarbono produzido para uso metalúrgico, e as propriedades necessárias variam entre as aplicações. Por exemplo, quando o biocarbono é usado como um injetor de alto-forno, o teor de umidade pode ser tão alto quanto 20%, enquanto quando usado como um agente espumante em um forno elétrico a arco (EAF), o teor de umidade adequado é tipicamente abaixo de 7%.
Em geral, os carreadores de carbono devem ter alto teor de carbono fixo e baixo teor de matéria volátil e umidade quando usados em aplicações metalúrgicas. Em termos de atendimento aos requisitos de aplicações metalúrgicas, a conversão termoquímica de biomassa, por exemplo, a pirólise, pode ser considerada um método potencial para melhorar as propriedades da biomassa. A pirólise é um método pelo qual a energia térmica, na ausência de oxigênio, é usada para a conversão de biomassa bruta em diferentes produtos, como biocarbono, óleo de pirólise e gás de pirólise.
Nosso estudo avaliou o efeito de parâmetros de processo, como temperatura de pirólise, tempo de reação e taxa de aquecimento no rendimento de biocarbono durante a pirólise.
A taxa de aquecimento linear significa que a matéria-prima é aquecida a uma taxa de aquecimento constante até a temperatura alvo e então mantida nessa temperatura alvo por um tempo especificado. No entanto, sugere-se que, em vez de usar uma rampa de aquecimento e uma temperatura onde a matéria-prima é mantida, a pirólise pode ser dividida em vários estágios. Isso é chamado de pirólise segmentada ou de vários estágios que utilizamos na produção de biocarbono.
Trabalhamos com o conceito de pirólise de vários estágios desenvolvida para utilizar as áreas de temperatura exotérmica da pirólise da biomassa lignocelulósica para a redução do consumo de energia no processo. Com base neste conceito, trabalhamos com a pirólise de três estágios onde a pirólise é dividida em quatro fases:
1. Aquecimento a uma taxa constante até a primeira temperatura alvo.
2. Estágio de manutenção na temperatura alvo.
3. Aquecimento a uma taxa constante até a segunda temperatura alvo.
4. Estágio de manutenção na temperatura alvo.
O modelo que desenvolvemos mostrou que a pirólise de três estágios poderia reduzir o consumo de energia em 21,7% em comparação com a pirólise lenta convencional com uma taxa de aquecimento linear. A área de temperatura onde ocorrem as reações exotérmicas é relativamente estreita, entre 270 °C e 400 °C. A pirólise segmentada em dois estágios aumentou o rendimento de biocarbono e carbono fixo quando a madeira de eucalipto foi pirolizada a 400 °C.
O objetivo do trabalho desenvolvido pela Brasil Biomassa foi melhorar a taxa de produção de biocarbono sólido na pirólise sem degradar, ou mesmo simultaneamente melhorar, a qualidade do biocarbono produzido. Isso foi feito implementando pirólise de três estágios em vez de pirólise convencional.Rendimento sólido, rendimento de carbono fixo e valor de aquecimento superior (HHV), entre outras propriedades do biocarbono à base de madeira de eucalipto, foram analisados para determinação das diferenças na qualidade e taxa de produção de biocarbono entre os dois métodos de pirólise. Taxas de aquecimento lineares foram aplicadas no caso de referência, enquanto o aquecimento em estágios foi realizado na pirólise de três estágios.
Os estágios da pirólise de três estágios foram baseados nos dados de temperatura de decomposição térmica dos principais componentes da biomassa lenhosa (celulose, hemicelulose e lignina), que foram pré-determinados usando análise termogravimétrica (TGA). As temperaturas finais de pirólise foram escolhidas de modo que os biocarbonos produzidos nessas temperaturas tenham potencial de utilização em aplicações metalúrgicas. Além disso, o tempo total do processo entre a pirólise de referência e a pirólise de três estágios foi mantido o mesmo, o que significa que as diferenças nas taxas de produção de biocarbono entre os métodos podem ser observadas a partir do rendimento de biocarbono sólido e do rendimento de carbono fixo.
