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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28824| Título: | Estudo do potencial bioenergético do resíduo de cervejaria considerando suas propriedades físico-químicas, parâmetros bioenergéticos e comportamentos da combustão |
| Título(s) alternativo(s): | Study of the bioenergy potential of brewery waste considering its physicochemical properties, bioenergy indicators and combustion behaviors |
| Autor(es): | Schmitt, Daniella Kerber |
| Orientador(es): | Di Domenico, Michele |
| Palavras-chave: | Energia - Fontes alternativas Resíduos industriais Cervejarias Bioenergética Combustão Renewable energy sources Factory and trade waste Breweries Combustion |
| Data do documento: | 5-Nov-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Francisco Beltrao |
| Citação: | SCHMITT, Daniella Kerber. Estudo do potencial bioenergético do resíduo de cervejaria considerando suas propriedades físico-químicas, parâmetros bioenergéticos e comportamentos da combustão. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2021. |
| Resumo: | A utilização de biomassas como fonte renovável de energia é uma alternativa viável para a substituição de combustíveis fósseis, uma vez que seu aproveitamento energético é capaz de reduzir os impactos ambientais e suprir a acentuada demanda de energia do país. Este trabalho teve como objetivo investigar o potencial bioenergético do Resíduo de Cervejaria (RC) a partir do estudo de suas propriedades físico-químicas, parâmetros bioenergéticos, bem como a combustão desta biomassa por termogravimetria. As propriedades físico-químicas apresentaram resultados de densidade aparente de 436,3 kg m-3 e análise imediata com teores de matéria volátil de 80,5%, carbono fixo de 16,5%, cinzas de 3,0% e umidade de 2,4%. Já para a análise elementar (teórica e experimental), foram encontrados teores máximos de C de 48,0%, H de 6,8%, O de 42,9%, N de 4,2% e S de 0,7%. A análise química resultou em teores de celulose de 37,6%, hemicelulose de 29,4%, lignina de 13,5% e extrativos de 19,5%. A análise de MEV foi utilizada para avaliar as propriedades estruturais da biomassa e garantir o diâmetro de partícula necessário ao processo de combustão. Os valores de poder calorífico superior e inferior foram calculados por diferentes equações empíricas dependentes das análises imediata e elementar, apresentando valores entre 17,5 e 21,0 MJ kg-1 e 17,3 e 18,3 MJ kg-1, respectivamente. Com isso, o RC possui características satisfatórias, tornando-se promissor em comparação aos combustíveis fósseis para aplicação em processos térmicos como a a combustão. Já as propriedades de bioenergia incluíram a densidade bioenergética (7,78 GJ m-3), o índice de valor combustível (2,59 GJ m-3), a equivalência em combustível fóssil (Veq) e o potencial de retenção de CO2 (PRCO2). Os resultados de Veq e PRCO2, foram comparados aos dos combustíveis fósseis (petróleo, óleo diesel, óleo combustível e gasolina), apresentando maiores valores de equivalência com a gasolina, ou seja, de 238,58 L (Veq) e 940,00 L (PRCO2). Logo, há uma satisfatória redução de emissões de CO2 pela biomassa RC, tanto em comparação aos combustíveis fósseis, quanto em comparação a biomassas referenciais (as quais apresentaram menores valores dos parâmetros citados). Por fim, foi realizado o estudo da decomposição térmica do RC por meio de experimentos de termogravimetria em atmosfera oxidante para razões de aquecimento de 10, 15 e 25°C min-1. A partir dos resultados de termogravimetria (TG) e termogravimetria derivada (DTG) foram determinadas as etapas de degradação do RC no processo de combustão, classificadas como umidade (25 – 150°C), pirólise oxidativa (150 – 390°C) e combustão (390 – 650°C), além das temperaturas características do processo: de ignição (247,8 – 261,6°C), pico (281,2 – 296,3°C) e burnout (639,6 – 713,6°C). A biomassa RC demonstrou ser uma fonte renovável promissora para a produção de bioenergia, mostrando-se altamente atraente de acordo com os parâmetros físico-químicos, bioenergéticos e o comportamento da combustão obtidos. O RC revelou um desempenho favorável e satisfatório de queima, fornecendo informações úteis para a aplicação em grande escala, como por exemplo, o planejamento e controle de usinas de energia a partir de biomassas, contribuindo como fonte sustentável e renovável de energia. |
| Abstract: | The use of biomass as a renewable energy source is a viable alternative to replacing fossil fuels, being able to reduce environmental impacts, and meeting the country's strong energy demand. This work aimed to investigate the bioenergy potential of Brewery Waste (RC) through the study of its physicochemical properties, bioenergy parameters, and the combustion of this biomass by thermogravimetry. The physicochemical properties presented results of apparent density of 436.3 kg m-3 and proximate analysis with contents of volatile matter of 80.5%, fixed carbon of 16.5%, ash of 3.0%, and moisture of 2.4%. For the ultimate analysis (theoretical and experimental), maximum levels of C of 48.0%, H of 6.8%, O of 42.9%, N of 4.2%, and S of 0.7% were found. The chemical analysis resulted in contents of cellulose of 37.6%, hemicellulose of 29.4%, lignin of 13.5%, and extractives of 19.5%. The MEV analysis was used to assess the structural properties of biomass and ensure the particle diameter needed for the combustion process. The higher and lower calorific values were calculated by different empirical equations depending on the proximate and ultimate analyses, with values between 17.5 and 21.0 MJ kg-1 and 17.3 and 18.3 MJ kg-1, respectively. Thus, RC has satisfactory characteristics compared with fossil fuels for application in thermal processes such as combustion. Bioenergy properties included bioenergy density (7.78 GJ m-3), fuel value index (2.59 GJ m-3), fossil fuel equivalence (Veq), and CO2 retention potential (PRCO2). The results of Veq and PRCO2 were compared to those of fossil fuels (petroleum, diesel oil, fuel oil, and gasoline), showing higher equivalence values with gasoline, i.e., 238.58 L (Veq) and 940.00 L (PRCO2). Therefore, there is a satisfactory reduction in CO2 emissions by RC biomass compared with fossil fuels and reference biomasses (which presented lower values for the mentioned parameters). Finally, the study of the thermal decomposition of RC was carried out through thermogravimetry experiments in an oxidizing atmosphere for heating rates of 10, 15, and 25°C min-1. From the thermogravimetry (TG) and derivative thermogravimetry (DTG) results, the steps of RC degradation in the combustion process were determined, classified as moisture (25 - 150°C), oxidative pyrolysis (150 - 390°C), and combustion (390 - 650°C), in addition to the characteristic process temperatures: ignition (247.8 - 261.6°C), peak (281.2 - 296.3°C) and burnout (639.6 - 713, 6°C). The RC biomass appeared as a promising renewable source to produce bioenergy, being highly attractive according to the physicochemical properties, bioenergy and combustion behavior obtained. The RC revealed a favorable and satisfactory burning performance, providing helpful information for large-scale application, like an example, in the planning and control of power plants from biomass, contributing as a sustainable and renewable source of energy. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28824 |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química |
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