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Geração combinada de eletricidade, calor e bio-óleo a partir da gaseificação de biomassa lignocelulósica com agua supercrítica: uma análise termodinâmica.
Área temática: Termofluidos (Engenharia Térmica)
Palavras-chave: gaseificação com água supercrítica, biomassa lignocelulósica, análise termodinâmica.
 
Resumo
A crescente preocupação com a sustentabilidade energética e a redução das emissões de gases de efeito estufa tem impulsionado a busca por fontes renováveis de energia. Nesse contexto, a gaseificação de biomassa tem se destacado como uma promissora alternativa para a produção de gás de síntese, um combustível versátil e limpo. A gaseificação com emprego de água supercrítica é um processo combinado de decomposição térmica e hidrólise para converter a biomassa úmida em gás de síntese. O processo evita a necessidade de uma etapa de pré-secagem intensiva em energia e precisa de tempos de residência relativamente mais curtos quando comparado à gaseificação convencional. A principal característica da gaseificação com água supercrítica é obter o gás de síntese rico em hidrogênio, minimizando a formação de carvão e alcatrão que provocam problemas importantes para as operações industriais, especialmente relacionados ao entupimento de tubulações e danos para as partes mecânicas dos dispositivos de conversão de energia. Sistemas avançados de conversão de energia baseados em biomassa são essenciais para uma utilização altamente eficiente da energia nela contida. Embora esses sistemas possam alcançar a conversão da biomassa em produtos valiosos, a recuperação de calor residual tem sido ignorada, resultando em menor eficiência energética e exergética de todo o sistema. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi modelar e avaliar conceitualmente um sistema de gaseificação de biomassa com água supercrítica para trigeração – geração combinada de bio-óleo, eletricidade e calor. O fluxo de massa e energia do processo geral foi configurado utilizando o software de processos termoquímicos de código aberto DWSim, com detalhamento do fluxo de energia e exergia para todo o sistema. Quanto à biomassa escolhida para estudo, foi selecionado o bagaço da cana de açúcar por ser esta biomassa uma das principais commodities produzidas no Brasil. Parâmetros chave importantes na eficiência energética e exergética do sistema, como a temperatura de operação (450 , pressão (251bar), razão de água de recirculação (50%) e concentração de biomassa (35%) foram avaliados. Os resultados da pesquisa revelaram que vazões menores de biomassa promovem a formação mais significativa de gás de síntese, resultando em uma maior produção de trabalho mecânico e energia térmica, embora isso venha acompanhado de uma redução na produção de bio-óleo. A temperatura de operação emergiu como um parâmetro crucial, influenciando diretamente as eficiências do sistema. A análise comparativa da eficácia termodinâmica deste sistema com outros métodos de conversão de energia baseados em biomassa demonstrou que a gaseificação de biomassa com o uso de água supercrítica é uma abordagem relativamente eficiente e ambientalmente amigável, resultando na produção de um bio-óleo com neutralidade de carbono. Por fim, foram discutidas as vantagens e desafios técnicos associados à adoção dessa tecnologia proposta como um meio de reação, e foram delineadas direções para pesquisas futuras.

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