Thermal treatment of sludges from kraft pulp mills for energy generation

As indústrias de celulose estão em constante crescimento devido ao desenvolvimento de países emergentes e aumento populacional. Com a crescente demanda de produção de celulose, há um aumento expressivo dos resíduos gerados pela indústria, que podem ter seus potenciais energéticos explorados. Os lodos primários e secundários são os principais resíduos sólidos gerados nas estações de tratamento de efluentes (ETE) das fábricas de polpa celulósica kraft branqueada e podem ser considerados como biomassa agroflorestal. Tradicionalmente, os lodos são enviados para aterros industriais, o que representa desafios ambientais e incorre em custos significativos. No entanto, com o foco cada vez maior na sustentabilidade e na economia circular, surgiram inovações na gestão e tratamento de lodos. A utilização de torrefação e peletização para converter os lodos num combustível sólido pode proporcionar os seguintes benefícios: reduzir o volume dos lodos, o que pode reduzir os custos de eliminação e os impactos ambientais, gerar uma nova fonte de energia renovável, que pode ser utilizada para compensar o consumo de combustíveis fósseis e reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Essas abordagens são promissoras para encarar os desafios ESG (ambientais, sociais e de governança) e ODS (Objetivo de Desenvolvimento Sustentável) enfrentados pelo setor e promover uma economia mais circular e sustentável. O presente estudo visou compreender as principais formas de gerenciamento e possíveis tratamentos térmicos de lodo primário e secundário, para geração de novas fontes energéticas. O estudo foi dividido em quatro capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma revisão da literatura, abordando as principais formas de inovações no gerenciamento e possíveis tratamentos térmicos de lodo primário e secundário, gerados na estação de tratamento de efluentes de fábricas de polpa celulósica e papel kraft para geração de novas fontes energéticas. O Capítulo 2 apresenta e discute os ensaios para avaliar a viabilidade técnica da transformação de lodo primário, lodo secundário e mistura dos lodos (mistura de lodo primário e secundário), em biomassa torrificada para geração de energia. Foram determinadas as melhores condições de temperatura e tempo de residência da torrefação dos lodos. O Capítulo 3 apresenta e discute os ensaios para avaliar a viabilidade técnica da transformação de lodo primário e mistura dos lodos, em pellets torrificados para geração de energia. Foram determinadas as melhores condições de temperatura e tempo de residência dos pellets torrificados. O Capítulo 4 apresenta e discute os ensaios para caracterizar o lodo primário de fábrica de polpa celulósica kraft branqueada e avaliar o efeito térmico da torrefação do lodo por FTIR e Py-GC/MS, buscando-se melhor compreender suas modificações químicas. Essas avaliações são informações valiosas sobre a eficiência da produção de energia a partir do lodo. Os resultados demonstram que a geração de energia a partir dos lodos também pode reduzir a dependência das fábricas de fontes de energia não renováveis. Ao implementar essas práticas com os lodos, as fábricas de polpa celulósica kraft podem demonstrar seu compromisso com práticas sustentáveis e potencialmente atrair mais investidores e clientes socialmente responsáveis. Palavras-chave: Economia circular. Energia. Lodo de fábrica de polpa celulósica kraft. Torrefação. Pelletes torrificados.The pulp industries are constantly growing due to the development of emerging countries and population growth. With the growing demand for pulp production, there is a significant increase in waste generated by the industry, which can have its energy potential exploited. Primary and secondary sludge are the main solid residues generated in the wastewater treatment plant (WWTP) of bleached kraft pulp mills and can be considered as agroforestry biomass. Traditionally, sludge is sent to industrial landfills, which poses environmental challenges and incurs significant costs. However, with the increasing focus on sustainability and the circular economy, innovations in sludge management and treatment have emerged. Using torrefaction and pelletizing to convert sludge into a solid fuel can provide the following benefits: reducing the volume of sludges, which can reduce disposal costs and environmental impacts, generate a new source of renewable energy, that can be used to offset fossil fuel consumption and reduce greenhouse gas emissions. These approaches hold promise for tackling the ESG (environmental, social and governance) and SDG (Sustainable Development Goal) challenges faced by the sector and promoting a more circular and sustainable economy. The present study aimed to understand the main forms of management and possible thermal treatments of primary and secondary sludge, for the generation of new energy sources. The study was divided into four chapters. Chapter 1 presents a literature review, addressing the main forms of innovations in the management and possible thermal treatments of primary and secondary sludge, generated in the WWTP of kraft pulp mills factories for the generation of new energy sources. Chapter 2 presents and discusses the tests to evaluate the technical viability of transforming primary sludge, secondary sludge and sludge mixture (mixture of primary and secondary sludge), into torrefied biomass for power generation. The best conditions of temperature and residence time for sludge torrefaction were determined. Chapter 3 presents and discusses the tests to evaluate the technical feasibility of transforming primary sludge and sludge mixture, into torrefied pellets for power generation. The best conditions of temperature and residence time of the roasted pellets were determined. Chapter 4 presents and discusses the tests to characterize the primary sludge from a bleached kraft pulp mill and evaluate the thermal effect of sludge torrefaction by FTIR and Py-GC/MS, seeking to better understand its chemical modifications.9 These assessments are valuable information on the efficiency of energy production from sludge. The results demonstrate that generating energy from sludge can also reduce the dependence of factories on non-renewable energy sources. By implementing these practices with sludge, kraft pulp mills can demonstrate their commitment to sustainable practices and potentially attract more investors and socially responsible customers. Keywords: Circular economy. Energy. Kraft pulp mill sludges. Torrefaction. Torrefied pellets.FAPEMIG -Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai