Bioenergia - Produção de biomassa
O material orgânico é convertido em uma forma utilizável conhecida como bioenergia. Os materiais usados no processo de produção de energia são denominados como matéria-prima.
Para entender melhor a biomassa, exploraremos as várias fontes primeiro.
A produção de biomassa refere-se ao aumento da quantidade de matéria orgânica. É a adição de matéria orgânica em uma determinada área ou população. A biomassa é considerada energia renovável porque é reabastecida à medida que as plantas e os animais crescem.
Existem duas formas de produção -
Primary productionrefere-se à geração de energia pelas plantas por meio da fotossíntese. O excesso de energia gerado é armazenado e soma-se à biomassa total do ecossistema. A produção primária pode ser estimada a partir da cobertura florestal total em um determinado ano.
Secondary productioné a absorção de matéria orgânica como tecidos corporais pelos organismos. Inclui a ingestão por animais, ou seja, a alimentação de outros animais ou de plantas. Também envolve a decomposição de matéria orgânica por microrganismos. A produção secundária pode ser estimada como o total de carne produzida por ano.
Embora a biomassa possa ser medida como a massa de organismos vivos e mortos em um determinado ambiente, a produção é mais difícil de estimar. Só pode ser estimado como o aumento de volume, embora parte da biomassa adicional possa ter sido substituída por processos naturais.
Combustão direta para calor
A combustão direta para obter calor é o método mais antigo de conversão de biomassa em energia desde as primeiras civilizações. A conversão termoquímica (combustão) pode ser alcançada de várias maneiras, usando matéria-prima variada.
Combustão autônoma
Os geradores baseados em biomassa usam diesel derivado de óleos vegetais para alimentar geradores a diesel. Os geradores queimam o diesel orgânico para produzir energia para produzir eletricidade.
As usinas combinadas de calor e energia são conhecidas por cogerar eletricidade e energia térmica útil. As indústrias cerâmicas utilizam o calor na secagem de produtos, como telhas de argila.
Algumas usinas de energia usam biomassa para aquecer água e produzir vapor para geração de eletricidade. A biomassa é queimada para produzir calor suficiente para ferver a água.
As usinas municipais de resíduos sólidos queimam resíduos sólidos para gerar eletricidade. Esse tipo é sujeito a críticas, pois os resíduos sólidos contêm principalmente gases tóxicos de plásticos e fibras sintéticas.
Co-combustão de biomassa
Além da combustão autônoma, a biomassa pode ser misturada com outros combustíveis fósseis e queimada para gerar energia. Isso é chamado de co-queima.
A biomassa pode ser queimada diretamente como carvão. Isso é conhecido como co-combustão direta.
Em outros casos, a biomassa é primeiro processada em gás e depois convertida em gás de síntese.
O terceiro caso é quando o combustível fóssil é queimado em um forno diferente e a energia produzida é então usada para pré-aquecer a água em uma usina a vapor.
Tipos de Combustão
Os vários tipos de combustão são -
Fixed bed combustion - Este é um método onde a biomassa sólida é primeiro cortada em pequenos pedaços e depois queimada em uma superfície plana fixa.
Moving bed combustion- Neste método, uma grelha é configurada para se mover constante e uniformemente, deixando as cinzas para trás. O combustível queima em níveis de combustão.
Fluid-bed combustion- O combustível é fervido a alta pressão misturado com areia. A areia serve para distribuir o calor de maneira uniforme.
Burner combustion - Neste método, o pó de madeira e o pó fino são colocados em um queimador semelhante ao de combustível líquido.
Rotary furnace combustion- Um forno é usado para queimar matéria orgânica com alto teor de umidade. Resíduos como restos de comida ou outros resíduos úmidos da fazenda são queimados dessa forma.
Pirólise
Pyrolysisé outra forma de processamento de biocombustíveis queimando sob temperaturas muito altas sem oxigênio, o que pode causar combustão completa. Isso causa alterações físicas e químicas irreversíveis. A ausência de processos de oxidação ou halogenação resulta em um biocombustível muito denso que pode ser usado na combustão, co-combustão ou convertido em gás.
Slow pyrolysisocorre a cerca de 400oC. É o processo de fabricação de carvão sólido.
Fast pyrolysisocorre entre 450oC a 600oC e resulta em gás orgânico, vapor de pirólise e carvão. O vapor é processado por condensação para a forma líquida como biooil. Isso deve ser feito dentro de 1 segundo para evitar mais reações. O líquido resultante é um líquido marrom escuro mais denso do que a biomassa da madeira e tem igual teor em termos de energia.
O bio-óleo tem várias vantagens. É mais fácil de transportar, queimar e armazenar. Muitos tipos de matéria-prima podem ser processados por pirólise para produzir bio-óleo.
O diagrama abaixo explica o processo de conversão de energia em uma forma utilizável de biocombustíveis por meio da pirólise.
Fermentação alcoólica
A fermentação alcoólica é o processo que converte açúcares em celulose. O processo resulta em etanol e dióxido de carbono como subprodutos. Esse processo é considerado anaeróbico, pois ocorre na ausência de oxigênio. Além de panificação e fabricação de bebidas alcoólicas, esse processo produz combustível alcoólico. A fórmula química da fermentação alcoólica é dada por -
$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + fermento \ longrightarrow \: 2C_ {2} H_ {5} OH + 2CO_ {2} $
A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima desse processo, principalmente em ambientes secos. Pedaços de milho ou açúcar são usados em áreas temperadas.
Aplicação de Produtos
Os produtos têm as seguintes aplicações -
Acetone é um produto utilizado para a produção de aditivos alimentares, solventes de cola, diluição de tintas, desengordurantes e em produtos cosméticos.
Hydrogené usado como agente de resfriamento na indústria de energia. Também é usado em células de hidrogênio para produção de energia.
Butanolfornece melhor combustível do que o etanol. Também é utilizado como ingrediente em tintas, produtos cosméticos, resinas, corantes, extrações de polímeros e na fabricação de fibras sintéticas.
Ethanolé usado como combustível, componente de tinta e aditivo em anti-sépticos. Ele também é usado em bebidas alcoólicas.
Digestão Anaeróbia de Biogás
Anaerobic digestioné o processo biológico pelo qual a matéria orgânica é decomposta para produzir biogás na ausência de oxigênio. Microorganismos como bactérias acidogenéticas e acetogênios convertem a matéria biodegradável em biogás. Além de ser uma fonte de energia, é também um método de deposição de resíduos e uma técnica de preservação ambiental.
A equação principal para esta conversão que produz dióxido de carbono e metano é a seguinte -
$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $
O processo passo a passo é explicado abaixo -
Step 1- Quebra de matéria orgânica em moléculas consideráveis para conversão. Este processo é conhecido como hidrólise.
Step 2- Os acidógenos agem sobre a matéria decomposta, convertendo-os em ácidos graxos voláteis (AGV) ao lado da amônia, CO2 e sulfeto de hidrogênio. O processo é denominado acidogênese.
Step 3 - Os VFAs são subdivididos em ácido acético, dióxido de carbono e hidrogênio.
Step 4 - O estágio final é a combinação das emissões acima para produzir metanol, dióxido de carbono e água.
