Valorização de resíduos urbanos em energia limpa : sistema integrado de torrefação e gaseificação para produção de hidrogênio e redução do CO2 produzido

Abstract

Este estudo tem como objetivo avaliar a torrefação como pré-tratamento e simular a cogaseificação a vapor de Blends Híbridos (HB) compostos por Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) e Resíduos Florestais Urbanos (RFU) da cidade de Brasília, Distrito Federal. As amostras de RFU são compostas por uma mistura de resíduos lignocelulósicos provenientes da poda das 6 árvores mais representativas do DF. Quanto ao RSU, este foi baseado nos principais componentes do aterro sanitário da região (Aterro do Jóquei), os quais são papel e papelão, plástico e resíduos orgânicos. Técnicas experimentais (torrefação), numéricas (modelo de equilíbrio termodinâmico de gaseificação) e de otimização (metodologia de resposta de superfície – MRS) foram utilizadas para examinar o processo de gaseificação visando a produção de: (i) gás rico em hidrogênio; e (ii) gás com valor calorífico aprimorado. Foram investigados os efeitos do tratamento de torrefação (225, 250 e 275°C por 60 minutos com taxa de aquecimento de 5°C min−1 ), da relação vapor/biomassa (0,4; 0,6; 0,8; 1,0; e 1,2 V/B) e das proporções do blend híbrido, 50/50%; 70/30% e 100/0% (RFU/RSU). O gás de síntese foi avaliado quanto ao teor de hidrogênio e dióxido de carbono (H2% e CO2%), à eficiência exergética da produção de H2 (𝜂𝐻2 ), ao poder calorífico inferior (PCI) e à eficiência de gás frio (CGE). Por meio da MRS, foram definidas as condições ótimas para a gaseificação a 600°C: (i) 0,9 V/B com uma HB composta por 31% de RSU e 69% de RFU torrefados a 275°C, apresentando um 𝜂𝐻2 de 49%; e (ii) 0,4 V/B com uma HB contendo 23% de RSU e 77% de RFU torrefados a 275°C, com um PCI de 6126 kJ Nm–3 . Por fim, os resultados da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) indicam que o cenário (ii) apresenta maiores impactos ambientais (3,55 kg CO2 eq.) do que o cenário (i) (2,86 kg CO2 eq.) na produção de 1 Nm3 de gás de síntese. A ACV ressalta a eficácia dos recursos renováveis na matriz energética brasileira ao reduzirem em 16,7% as emissões relativas ao Potencial de Aquecimento Global (GWP), em ambos os cenários -5,72E-01 e - 7,41E-01 kg CO2 eq., respectivamente. A escolha entre os cenários deve considerar fatores ambientais, tecnológicos e econômicos, destacando a importância da ACV na gestão eficaz de valorização e mitigação de resíduos.