Caracterização e conversão termoquímica e mecânica da biomassa residual do café (coffea arábica L.) para energia

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-10T19:13:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 disserta_ao.pdf: 4570831 bytes, checksum: 21fd8c706413f87ee5315daad3fd5882 (MD5) Previous issue date: 24O café é uma das culturas agrícolas mais importantes no mundo. Durante seu processamento, é gerada uma quantidade significativa de resíduos, que sem tratamento podem representar sérios problemas ambientais. Este estudo foi realizado com o objetivo de avaliar a qualidade e o potencial energético de resíduos gerados na cadeia produtiva de café, propondo uma alternativa que possa ser aplicada na matriz energética de países que envolvam a indústria do café em suas atividades agrícolas. No Artigo I foram avaliadas as propriedades do (I) pergaminho do fruto de café, (II) folhas e (III) madeira, diferenciando as partes madeireiras do arbusto de café. Determinaram-se propriedades físicas e químicas das diferentes biomassas. Dentre as biomassas, destacam-se o caule, galho primário e galho secundário do arbusto de café, devido ao maior poder calorifico útil (16,10 MJ.kg-1 -15,92 MJ.kg-1 ) e menor teor de cinzas (1,67%-3,45%), propriedades favoráveis para a produção de energia por métodos termoquímicos como pirolise lenta, gaseificação e combustão, e métodos físicos como peletização e briquetagem. O Artigo II objetivou estudar a viabilidade de aproveitar os resíduos gerados no cultivo café juntamente com finos de madeira de pinus na fabricação de briquetes para geração de energia. A madeira de pinus foi misturada em proporções de 0%, 25%, 50%, 75% e 100% com os resíduos do cultivo café. Determinaram-se propriedades físicas, mecânicas e químicas dos briquetes produzidos. A maior presença de Pinus nos tratamentos contribuiu para a melhoria das propriedades de resistência a compressão diametral, densidade aparente e densidade energética, entretanto foi afetada a taxa de compactação dos briquetes, parâmetro importante para avaliar a estabilidade do briquete quando submetidos às condições de transporte e armazenamento. O Artigo III teve como objetivo analisar o processo de pirolise oxidativa rápida em um reator de leito fluidizado, alimentado com madeira de eucalipto da indústria de celulose e madeira do arbusto de café. Determinaram-se as características físicas e químicas das biomassas, do bio-oleo e do bio-char obtido no processo. Os bioóleos apresentaram uma maior densidade energética do que as biomassas in natura (6,31 vezes maior para madeira de eucalipto e 4,26 vezes maior para madeira do arbusto de café). O bio-char apresentou o maior valor de aquecimento (21,19 MJ kg-1 para madeira do arbusto de café e 22,08 MJ kg-1 para madeira de eucalipto), permitindo a sua utilização como combustível. Em geral, os resultados indicam que os resíduos utilizados são potenciais candidatos na produção de bioenergia por pirólise rápida. Concluiu-se que a utilização de biomassas residuais obtidas da cadeia produtiva do café são matérias primais viáveis para serem utilizadas na produção de energia implementando processos como briquetagem e pirolises rápidaCoffee is one of the most important agricultural crops in the world. During its processing, a significant amount of residues are generated, which without treatment can represent serious environmental problems. This study was carried out with the objective of evaluating the quality and energy potential of residues obtained in the coffee production chain, proposing an alternative that can be applied in the energy matrix of countries that involve the coffee industry in its agricultural activities. In Article I the properties of the (I) parchment of the coffee cherry, (II) leaves and (III) wood, highlighting the woody parts of the coffee shrub, were evaluated. Physical-chemical properties of the different biomasses were determined. Among the biomasses, the stem, primary branch and secondary branch of the coffee shrub stood out due to the greater net heating value (16.10 MJ.kg-1-15.92 MJ.kg-1) and lower ash content (1.67%-3.45%), favorable properties for the production of energy by thermochemical methods such as slow pyrolysis, gasification and combustion, and physical methods such as pelletizing and briquetting. Article II aimed to study the feasibility of use residues generated in coffee cultivation and pine wood fines in the manufacture of briquettes for energy generation. The pine wood was mixed in proportions of 0%, 25%, 50%, 75% and 100% with residues from the coffee crop. Physical, mechanical and chemical properties of the briquettes produced were determined. The higher presence of pine in the treatments contributed to the improvement of the properties of resistance to diametrical compression, apparent density and energetic density. However, the compaction rate of the briquettes was affected, an important parameter to evaluate the stability of the briquettes when submitted to transport and storage conditions. Article III had the objective of analyzing the fast oxidative pyrolysis process in a fluidized bed reactor, fed with eucalyptus wood from the pulp industry and wood of the coffee shrub. The physical and chemical characteristics of the biomass, the bio-oil and the bio-char obtained in the process were determined. Bio-oils had a higher energy density than in natural biomasses (6.31 times higher for eucalyptus wood and 4.26 higher for wood of the coffee shrub). The biochar presented the highest heating value (21.19 MJ kg-1 for wood of the coffee shrub and 22.08 MJ kg-1 for eucalyptus wood), allowing its use as fuel. In general, the results indicate that the residues used are potential candidates in the production of bioenergy by fast pyrolysis. It was concluded that the use of residual biomasses obtained from the coffee production chain are viable raw materials to be used in the production of energy by implementing processes such as briquetting and fast pyrolysi