6.3.1 Combustão Direta

Ocorre quando a energia química dos combustíveis é transformada em calor, através dos elementos fornecidos com os elementos constituintes. Ou seja, é a técnica mais comum de aproveitamento da biomassa, consiste na queima do material por aquecimento direto, tais como: fogões (cocção), caldeiras (geração de vapor) e fornos (metalurgia). Embora muito prático e, às vezes, conveniente, o processo de combustão direta é normalmente muito ineficiente, sendo que a sua eficiência depende de vários fatores tais como, o combustível; o valor de umidade (20% ou mais no caso da lenha); o poder calorífico e a densidade energética do combustível, que é consideravelmente baixa como a lenha, a palha, os resíduos; além das dificuldades para transporte e armazenamento (INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY, 2006).

Para biomassa sólida ser convertida em energia térmica útil, ela tem que se submeter à combustão. Apesar de existirem muitas tecnologias de combustão diferentes disponíveis, o princípio da combustão da biomassa é essencialmente a mesma para cada um, havendo três etapas principais:

a) secagem: toda a biomassa contém umidade, e esta umidade tem que ser expulsas antes da combustão;

b) pirólise: a biomassa seca é aquecida e quando a temperatura atinge entre 200º C e 350º C os gases voláteis são liberados. Esses gases se misturam com o oxigênio e queimam produzindo uma chama amarela. Este processo é auto-sustentável como o calor dos gases da combustão que é utilizado para secar o combustível fresco com a liberação de mais gases voláteis. O oxigênio deve ser fornecido para sustentar esta parte de combustão no processo. Quando todos os voláteis foram queimados, resta-se o carvão;

c) oxidação: à cerca de 800º C o carvão é oxidado. Novamente o oxigênio é necessário, tanto na cama de fogo para a oxidação do carbono e, por outro, em cima da cama de fogo onde se mistura com monóxido de carbono para formar o dióxido de carbono que é emitido para a atmosfera.

6.3.2 Pirólise ou Carbonização

A pirólise é um processo térmico que utiliza altas temperaturas para quebrar os resíduos, é o mais antigo e simples dos processos de conversão de um combustível sólido em outro de melhor qualidade e conteúdo energético (ATLAS, 2008). Este processo consiste no aquecimento do material original entre 300° C e 900° C, na “quase ausência” de ar, até a extração do material volátil. Obtém-se como resultado um gás combustível, produtos líquidos (alcatrão e ácido piro-lenhoso) e uma substância carbonosa que pode ser convertido em carvão ativado.

A pirólise pode ser dividida em pirólise lenta ou convencional e pirólise rápida, o processo tradicional de realizar-se a pirólise conhecido como pirólise lenta se caracteriza por realizar-se a baixas taxas de aquecimento (°C/s) e elevados tempos de residência (dependente do próprio processo). Este processo visa maximizar o rendimento de carvão vegetal, à custa de minimizar as quantidades de bio-óleo e gás.

A pirólise rápida é a realizada a elevadas taxas de aquecimento e pequenos tempos de residência das fases gasosas e sólidas no reator. Como resultados deste processo são produzidos, principalmente, vapores e aerossóis, além de certa quantidade de carvão vegetal (GOMÉZ et al.,2003).

A matéria orgânica passa por várias etapas no reator pirolítico: zona de secagem, com a temperatura variando de 100ºC a 150ºC. Zona de pirólise, onde irão ocorrer reações químicas como a fusão, volatilização e oxidação. Nessa etapa é que são retirados subprodutos, como alcoóis e alcatrão. Produtos como o bio-óleo são coletados na zona de resfriamento onde se encerra todo o processo. Existem vários modelos de reatores (Fig. 03) detentores das mais variadas tecnologias.

A pirólise convencional é dirigida, especificamente, para a produção de carvão vegetal que tem uma densidade energética duas vezes superiores à do material de origem e queima em temperaturas muito mais elevadas. A relação entre a quantidade de lenha (material de origem) e a de carvão (principal combustível gerado) varia muito, de acordo com as características do processo e o teor de umidade do material de origem.

Em geral, são necessárias de quatro a dez toneladas de lenha para a produção de uma tonelada de carvão. Se o material volátil não for coletado, o custo relativo do carvão produzido fica em torno de dois terços daquele do material de origem (considerando o conteúdo energético). Embora necessite de tratamento prévio (redução da acidez), o líquido produzido pode ser usado como óleo combustível.

Nos processos de pirólise rápida, sob temperaturas entre 800° C e 900° C, cerca de 60% do material se transforma num gás rico em hidrogênio e monóxido de carbono (apenas 10% de carvão sólido), o que a torna uma tecnologia competitiva com a gaseificação. Todavia, a pirólise convencional (300° C a 500° C) ainda é a tecnologia mais atrativa, devido ao problema do tratamento dos resíduos, que são maiores nos processos com temperatura mais elevada. (INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY, 2006).

Enquanto a pirólise rápida é considerado um processo avançado, no qual, cuidadosamente controlando os parâmetros de processo, podem ser obtidas elevadas quantidades de líquidos. Em nível de laboratório, o principal produto da pirólise rápida, o bio-óleo, é produzido em quantidades de até 80% (em peso de biomassa seca). Comumente os outros subprodutos deste processo, o carvão vegetal e o gás, são usados no próprio processo, de maneira que não existem fluxos residuais.

A pirólise pode ser empregada também no aproveitamento de resíduos vegetais, como subprodutos de processos agroindustriais. Nesse caso, é necessário que se faça a compactação dos resíduos, cuja matéria-prima é transformada em briquetes. Com a pirólise, os briquetes adquirem maiores teores de carbono e poder calorífico, podendo ser usados com maior eficiência na geração de calor e potência (CENBIO, 2010).

A pirólise e suas técnicas, com o avançar do tempo, também vivencia sua evolução onde ganha rendimentos cada vez mais satisfatório. Com os interesses voltados para o uso cada vez maior da biomassa para suprir o combustível fóssil, aumentando com isso os investimentos nas pesquisas para a produção do bio-óleo, onde a pirólise é perfeitamente viável. Estudos evidenciam que a pirólise além de ser um dos meios mais eficientes para o tratamento do lixo, é uma opção ecologicamente correta e possibilita a redução de aterros sanitários. Pois, em uma tonelada é possível extrair cerca de 11 quilos de sulfato de amônia, 12 litros de alcatrão, 9,5 litros de óleo, entre outros, portanto através da pirólise é possível extrair do lixo diversos subprodutos. (LEAL apud, SANNER, 1970).