O estágio de oito meses foi realizado entre setembro de 2014 e maio de 2015. A pirólise pode ser definida como a degradação térmica incompleta de materiais carbonáceos sólidos, a qual pode ser realizada na ausência total de um agente oxidante, como o oxigênio, ou em uma quantidade tal que a gaseificação não ocorra totalmente.
Ana Paula (terceira, da esq. para dir) e a equipe de pesquisadores do European Bioenergy Research Institute (Ebri)
O processo tradicional de realização da pirólise, conhecido como pirólise lenta, se caracteriza pelas baixas taxas de aquecimento e elevados tempos de residência (permanência do material), enquanto a pirólise rápida ocorre a elevadas taxas de aquecimento e pequenos tempos de residência das fases gasosas e sólidas no reator.
Enquanto o processo de pirólise lenta é dirigido principalmente à produção de carvão vegetal, a pirólise rápida é considerada um processo avançado, no qual podem ser obtidas altas quantidades de líquidos a partir do controle dos parâmetros de processo – a biomassa é aquecida por cerca de dois segundos, por exemplo. Aproximadamente 75 % do peso original do material processado é transformado em um líquido de cor marrom escuro após o resfriamento e a posterior condensação, o chamado bio-óleo, que pode ser usado como insumo para a fabricação de combustíveis e produtos químicos.
“Escolhi o Ebri por conta de seu diretor, que é o professor de engenharia química Anthony Bridgwater. Ele é considerado um dos maiores especialistas em pirólise rápida: quando se faz uma busca pelo tema, a maioria dos bons artigos é de sua autoria. É uma referência no assunto com mais de 25 anos de experiência em estudos de conversão térmica de biomassa”, explica Ana Paula. A Universidade de Aston patrocina um programa de P&D em tecnologias de bioenergia há mais de 40 anos e as primeiras atividades começaram a ser feitas no então Bioenergy Research Group (Berg). Em 2008, as capacitações de pesquisa de bioenergia da universidade foram reunidas para a criação do Ebri e, em 2013, um prédio foi construído para abrigar as equipes de pesquisadores, com recursos do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional.
CAPACITAÇÃO – Ana Paula saiu do Brasil com um projeto orientativo dos temas a serem estudados. A capacitação contemplaria atividades ligadas à concepção de projetos de ensaios com diferentes biomassas. Além do treinamento na rotina do laboratório e no manuseio dos equipamentos, a intenção era assistir as aulas de módulo de bioenergia sobre produção de biocombustível na universidade e realizar uma visita à fabricante de equipamentos Biomass Technology Group (BTG) na Holanda. “A pirólise rápida é uma rota que pode ser usada para aproveitar tanto os resíduos de biomassa da indústria de açúcar e álcool – no caso, o bagaço da cana-de-açúcar – quanto de celulose e papel. Os resíduos urbanos comuns também podem ser usados em um processo de pirólise rápida, mas a minha formação em engenharia florestal não é voltada a eles”, ressalta ela.
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O Ebri trabalha principalmente com a biomassa originária de duas árvores: a beechwood, que possui características parecidas com o eucalipto, e o spruce, que é parecido com o pinus. Os experimentos de pirólise rápida a que Ana Paula teve contato eram feitos com as duas espécies e incluíram o pré-tratamento da biomassa – fundamental para o processo, dada à necessidade de o material estar com uma granulometria bem fina e umidade abaixo de 10% para atingir um bom rendimento – a caracterização, a preparação, o processo da pirólise e as análises do bio-óleo e de cinzas nos finos de carvão. Em comparação com combustíveis como o óleo diesel, o bio-óleo tem um poder calorífico inferior e, mesmo após sua fabricação, continua sofrendo reações químicas e perdendo estabilidade.
Ana Paula realizou ensaios de análise termogravimétrica de biomassa, no qual é possível observar a perda de massa da matéria-prima e estudar os efeitos da temperatura e dos mecanismos de reações durante esse processo, e também recebeu treinamento para operar o equipamento Pyroprobe dedicado à avaliação da estrutura e da composição da biomassa e de seus componentes separadamente, que permite estudar a matéria-prima na mesma temperatura em que ocorre a pirólise rápida.
A pesquisadora também foi convidada a participar de um projeto para a avaliação de misturas de biocombustíveis com óleo combustível marítimo, o qual tem forte impacto ambiental. Este projeto faz parte da política europeia de diminuição de combustíveis fósseis para redução da emissão de gás carbônico, explica ela: “O Instituto está testando misturas de combustíveis para uso nas embarcações, com diversas combinações de bio-óleo, bioetanol, biodiesel e combustível marítimo comumente usado”.
O objetivo é chegar a uma porcentagem adequada de cada um deles para que a mistura seja tão eficiente em uma embarcação marítima quanto os combustíveis disponíveis atualmente. Ana Paula aprendeu durante o projeto a realizar análises de teor de água, de viscosidade, de acidez, de pH e de flash point, que é o ponto de fulgor, ou seja, a menor temperatura na qual líquidos inflamáveis começam a desprender gases e vapores inflamáveis que entram em combustão ao contato com uma fonte de calor.
PRÁTICA X REALIDADE – Enquanto o Ebri é uma instituição acadêmica dedicada aos estudos em laboratório, o BTG na Holanda já está realizando atividades em escala industrial em suas instalações localizadas na cidade de Enschede: “Eles têm uma planta demonstrativa que trabalha com cinco toneladas por hora, e a venda de bio-óleo está toda voltada para uma indústria de laticínios em substituição ao gás natural. Os experimentos em escala laboratorial não conseguiram ainda chegar ao rendimento expresso nas referências bibliográficas, e foi importante ver de perto uma experiência real – os equipamentos a que tive acesso na Inglaterra trabalhavam na faixa de 300 gramas a um quilo de biomassa por hora”. Apesar da inexistência de plantas industriais na Inglaterra, a pesquisadora ressalta a importância do trabalho em rede do Ebri com outros laboratórios de Europa, cada um deles em um determinado segmento.
O desafio maior agora é fazer os conhecimentos adquiridos se transformarem em realidade no IPT, completa Ana Paula: “Temos competências espalhadas dentro do Instituto, como a caracterização de biomassa e a análise de bio-óleo, e agora é preciso reuni-las para mostrar ao mercado a viabilidade do processo”.
