RESUMO DE TESE: VALORISATION OF AGRICULTURAL WASTE THROUGH PYROLYSIS IN THE PRODUCTION OF BIOCHAR

Resumo

Biochar é o material carbonáceo, produzido a partir de biomassa de origem biogênica, por meio de pirólise, e que tem como características sua produção ambientalmente sustentável, qualidade e usos inovadores. Os agrorresíduos constituem uma fonte importante de biomassa vegetal; e a pirólise vem sendo reconhecida como uma tecnologia eficiente de conversão desta tipologia de resíduos na obtenção de produtos de maior valor. Este trabalho investigou a influência das condições de operação da pirólise nas características dos produtos. Três tipos de agrorresíduos obtidos em agroindústrias (bagaço de cana-de-açúcar-BCA, casca de arroz-CA e casca de coco verde-CCV) foram pirolisados num reator horizontal, em escala de bancada, do tipo leito fixo e com aquecimento elétrico. As condições de operação foram: temperaturas de pirólise (350, 450 e 550 °C), taxas de aquecimento (2, 10 e 30 °C.min^-1), 30 min de tempo de imersão na temperatura de pirólise e, vazão de 250 cm³.min^-1 de N₂ como gás de arraste. As amostras de biomassa e os produtos da pirólise foram avaliados por meio da análise gravimétrica, bem como análises térmicas, químicas e físicas. Os resultados mostraram que, em geral, a temperatura de pirólise foi o parâmetro que teve maior influência sobre o rendimento dos produtos. Quando a temperatura de pirólise foi aumentada de 350 para 550 °C, na taxa de aquecimento de 10 °C.min^-1, o rendimento do biochar do BCA diminuiu de 33,9 para 25,1 %wt, da CA diminuiu de 45,7 para 38,1 %wt, e da CCV diminuiu de 42,2 para 33,4 %wt, em base seca. A curva TG mostrou que a desvolatilização está praticamente concluída aos 350 °C, no entanto, de acordo com os padrões do IBI, a estrutura do biochar passou de termicamente alterada a termicamente convertida em temperaturas mais altas. Isso foi observado por meio das razões molares H:C que foram 0,73 a 450 °C, 0,61 a 550 °C e 0,67 a 450 °C para as amostras de biochar do BCA, CA e CCV, respectivamente. Os resultados da análise de FTIR mostraram que as amostras de biochar dos três tipos de biomassa produzidas na temperatura de 450 °C apresentaram maior aromaticidade em comparação com aquelas produzidas a 350 °C, e indica aumento da recalcitrância com o aumento da temperatura de pirólise. Além disso, o aumento da temperatura de pirólise causou o aumento do pH e a diminuição da CTC. A análise MEV mostrou que as amostras de biochar possuem uma estrutura complexa de poros de diferentes dimensões que consiste em múltiplas redes interconectadas com diferentes formas e arranjos. A energia disponível nos produtos foi avaliada e foi realizado o balanço de energia por meio de uma simulação, em termos específicos, da produção de biochar em um reator contínuo. A simulação sugere que a combustão dos gases de pirólise pode gerar a energia térmica necessária para a pirólise nos três tipos de biomassa avaliados, restando entre 2,5 a 3,4  de energia térmica, que é energia útil para, p.  ex., secagem da biomassa. A pesquisa mostrou a relevância em se conhecer a influência das condições de operação nas propriedades dos produtos. O balanço de energia pode orientar o desenvolvimento de tecnologias para escalonar o processo.