Estudo da viabilidade técnica de produção de briquetes com finos de carvão e resíduos de cervejaria e fecularia

Abstract

Resumo: O crescimento populacional e de alguns setores da indústria resultaram no aumento do consumo de energia em escala mundial, sendo assim importante buscar fontes alternativas de energias renováveis. Uma das fontes de energia renovável mais conhecida e usada é a biomassa, que pode ser obtida a partir de vários tipos de resíduos, principalmente da agroindústria. Trata-se da única fonte renovável com carbono, essencial para atender a diversos requisitos de combustíveis e bens de consumo. Neste sentido, este trabalho foi desenvolvido com objetivo de analisar a viabilidade técnica da reciclagem de resíduos sólidos das agroindústrias do Oeste Paranaense por meio da densificação da biomassa, tornando-se fonte de energia térmica, mitigando os riscos da destinação atual e reduzindo os custos operacionais de sua destinação. Foram selecionados os resíduos: finos de carvão, proveniente da queima de eucalipto; bagaço de mandioca, resíduo do beneficiamento da raiz da mandioca, e o bagaço de malte, resíduo da produção artesanal de cerveja. Os resíduos foram coletados nos municípios de Maripá e Nova Santa Rosa, no Oeste do Paraná, os quais foram caracterizados por meio das determinações de umidade, cinzas, proteínas, lipídios, carboidratos e granulometria. Foi utilizado um planejamento experimental 32 em blocos, para o desenvolvimento dos briquetes, variando-se as misturas em três níveis, empregando-se dois tipos de aglutinantes, sendo amido de milho e polvilho, além da utilização de duas temperaturas distintas 25 e 60 oC, resultando assim em quatro blocos. Para conhecer as características dos briquetes foram avaliados poder calorífico superior, resistência à compressão axial e densidade. Os briquetes apresentaram propriedades caloríficas adequadas para uso como combustível sólido, variando entre 16,629 e 27,446 MJ kg-1, densidade variou entre 674 e 1036 kg m-3, resistência a compressão axial dos briquetes variou de 3 e 23,6 MPa. Após análise estatística dos resultados, foram selecionadas as variáveis bagaço de mandioca, bagaço de malte, aglutinante polvilho e 60 oC, sendo estas variáveis aplicadas ao planejamento experimental 22 para ajustar os níveis de melhor desempenho da resistência mecânica dos briquetes, obtendo-se uma superfície de resposta. Ao aplicar o caminho de máxima inclinação sobre a superfície de resposta, objetivando a otimização da resistência mecânica dos briquetes, obteve-se as seguintes condições: mistura de 77% de bagaço de mandioca, 23 % de bagaço de malte, temperatura de 44oC, concentração de aglutinante polvilho de 9 %, umidade 10 % e pressão de 9 toneladas, com resistência mecânica de 24,86 Mpa, poder calorifico de 17,6 MJ kg-1 e densidade de 1095 kg m-3. Foi possível concluir neste trabalho que os resíduos agroindustriais como bagaço de mandioca e bagaço de malte podem ser empregados no processo de briquetagem, resultando em uma alternativa de biocombustível sólido de segunda geração, reduzindo os impactos ambientais destes resíduos, além de gerar energia térmica

Abstract: Population growth and growth in some industrial sectors have resulted in increased energy consumption worldwide, making it important to seek alternative sources of renewable energy. One of the best-known and most widely used sources of renewable energy is biomass, which can be obtained from various types of waste, mainly from agroindustry. It is the only renewable source with carbon, essential to meet various requirements for fuels and consumer goods. In this sense, this work was developed with the objective of analyzing the technical feasibility of recycling solid waste from agroindustries in Western Paraná through the densification of biomass, becoming a source of thermal energy, mitigating the risks of its current disposal and reducing the operational costs of its disposal. The following wastes were selected: coal fines, from the burning of eucalyptus; cassava bagasse, a residue from the processing of cassava roots; and malt bagasse, a residue from the artisanal production of beer. The waste was collected in the cities of Maripá and Nova Santa Rosa, in western Paraná, and was characterized by determining moisture, ash, proteins, lipids, carbohydrates and particle size. A 32-block experimental design was used to develop the briquettes, varying the mixtures at three levels, using two types of binders, cornstarch and cassava starch, in addition to using two different temperatures (25 and 60 °C), resulting in four blocks. To determine the characteristics of the briquettes, their calorific value, axial compression strength and density were evaluated. The briquettes presented calorific properties suitable for use as solid fuel, ranging from 16.629 to 27.446 MJ kg-1, density ranged from 674 to 1036 kg m-3, and axial compression strength of the briquettes ranged from 3 to 23.6 MPa. After statistical analysis of the results, the variables cassava bagasse, malt bagasse, starch binder and 60 °C were selected, and these variables were applied to experimental design 22 to adjust the best performance levels of the mechanical resistance of the briquettes, obtaining a response surface. When applying the path of maximum inclination on the response surface, aiming at optimizing the mechanical resistance of the briquettes, the following conditions were obtained: mixture of 77% cassava bagasse, 23% malt bagasse, temperature of 44 °C, starch binder concentration of 9%, humidity of 10% and pressure of 9 tons, with mechanical resistance of 24.86 MPa, calorific value of 17.6 MJ kg-1 and density of 1095 kg m-3. It was possible to conclude in this work that agro-industrial waste such as cassava bagasse and malt bagasse can be used in the briquetting process, resulting in a second-generation solid biofuel alternative, reducing the environmental impacts of these wastes, in addition to generating thermal energy