Potencial Energético do Biochar Produzido a partir de Bagaço de Cana-de-açúcar

Clériston Moura Vieira Júnior; Isabella de Andrade Garrett; Sergio Peres Ramos da Silva; Yaicel Ge Proenza; Raquel Milani; Antônio Celso Dantas Antonino; Emmanuel Damilano Dutra; Yelina González Pérez; Georgiana Feitosa da Cruz

doi:10.26848/rbgf.v19.02.p749-760

Autores

Clériston Moura Vieira Júnior Universidade Federal de Pernambuco http://orcid.org/0000-0002-5424-6378
Isabella de Andrade Garrett Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0003-1683-2023
Sergio Peres Ramos da Silva Universidade de Pernambuco https://orcid.org/0000-0002-2235-3507
Yaicel Ge Proenza Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0003-3894-8326
Raquel Milani Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0001-8076-6118
Antônio Celso Dantas Antonino Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0002-4120-9404
Emmanuel Damilano Dutra Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0002-3245-2795
Yelina González Pérez Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0009-0009-1431-5314
Georgiana Feitosa da Cruz Universidade Estadual do Norte Fluminense https://orcid.org/0000-0003-2116-2837

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v19.02.p749-760

Palavras-chave:

Cana-de-açúcar, Biomassa, Pirólise, Valorização de resíduos, Sustentabilidade Energética

Resumo

A conversão de resíduos agroindustriais em fontes de energia renovável está sendo alvo de interesse no contexto da bioeconomia e da sustentabilidade. Neste estudo, investigou-se o potencial energético do biochar obtivo via pirólise do bagaço de cana-de-açúcar a temperaturas entre 200 °C e 600 °C, com tempo de residência de 60 minutos. Foram realizadas análises de rendimento, umidade, teor de cinzas, matérias voláteis, carbono fixo, composição elementar e poder calorífico, bem como o cálculo da razão estequiométrica ar-combustível. Os resultados indicam que a elevação da temperatura promove a liberação de matérias voláteis no processo e a fixação de carbono no biochar. A condição ótima foi observada a 300 °C, com um rendimento gravimétrico de 41,36%, obtendo-se um biochar com 41,02% de carbono fixo e poder calorífico superior de 17,34 . Tais valores são comparáveis aos de outras biomassas empregadas na geração de energia. A composição elementar estimada permitiu calcular a equação de combustão e uma razão ar-combustível de 2,26 de ar por kg de biomassa. Além do uso energético, a valorização do bagaço de cana-de açúcar via pirólise contribui para o reaproveitamento de resíduos e a mitigação das emissões de gases de efeito estufa, pela excelente retenção de gases carbônicos. O estudo evidencia o potencial do biochar de bagaço de cana-de açúcar como vetor estratégico para energia e sustentabilidade.

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Biografia do Autor

Clériston Moura Vieira Júnior, Universidade Federal de Pernambuco

Doutorando pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares da Universidade Federal de Pernambuco (PROTEN - UFPE). Mestre em Tecnologia da Energia e graduado em Engenharia Mecânica pela Escola Politécnica da Universidade de Pernambuco da Universidade de Pernambuco (POLI - UPE).

Isabella de Andrade Garrett, Universidade Federal de Pernambuco

Possui graduação (2015) em Engenharia Mecânica e Mestrado em Tecnologia da Energia pela Universidade de Pernambuco (2019). Atualmente, doutoranda do Departamento de Engenharia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco. Ampla experiência na área de Gaseificação, com ênfase em Leito Fluidizado Borbulhante, atuando principalmente nos seguintes temas: construção de modelos de gaseificadores, caracterização do leito, análise físico-química do gás síntese e gaseificação para produção de eletricidade.

Sergio Peres Ramos da Silva, Universidade de Pernambuco

Possui graduação em ENGENHARIA MECÂNICA (1981) e em QUÍMICA INDUSTRIAL (2006) pela Universidade Federal de Pernambuco, mestrado em ENGENHARIA MECÂNICA - CRANFIELD INSTITUTE OF TECHNOLOGY (1986) e doutorado em ENGENHARIA MECÂNICA - UNIVERSITY OF FLORIDA (1997).Atualmente, é professor permanente do Mestrado em Engenharia de Sistemas, Fundador e Coordenador do Laboratório de Combustíveis e Energia: Livre Docente da UPE, Professor Associado IV-G da Escola Politécnica de Pernambuco - Universidade de Pernambuco. Também é co-coordenador Temático da sub-rede de Coprodutos da Rede Brasileira de Biodiesel desde 2005. Foi Professor Visitante do Worcester Polytechnic Institute (WPI) em Worcester- MA, EUA (jan e fev/2016). Participou do International Visitor Leadership Program na Missão Fortalecimento das Relações Brasil-EUA de Combate às Mudanças Climáticas (dez/2024)Desenvolve pesquisas e projetos nas áreas de biocombustíveis, especificamente nas áreas de biomassa, hidrogênio, biogás, biodiesel, gaseificação, pirólise, combustão limpa, emissões aéreas de motores de combustão interna (ciclos Diesel e Otto), aproveitamentos energéticos de resíduos agroindustriais e urbanos, waste to energy, desenvolvimento sustentáveis, Resíduos Zero, Redução da pegada de carbono. Foi co-autor (1 autor) do Inventário da Biomassa Produtora de Biogás em Pernambuco (impresso e E-book, 2016), e do capítulo 10 (Energia dos coprodutos do biodiesel - 10 anos de pesquisa e Inovação Tecnológica) do Livro BIODIESEL NO BRASIL: IMPULSO TECNOLÓGICO. Responsável técnico pelo projeto, execução, implementação e operação do sistema de biodigestão da Micro-usina de Geração Elétrica (30 kW) da Usina Camará-Camaragibe- PE, do Projeto de PD - CELPE/ANEEL 14/2012 - Arranjos Técnicos e comerciais para inserção de geração de energia elétrica a partir do biogás de resíduos/efluentes dentro de um modelo com biodigestores dispersos. Atualmente (Fev/2022), está participando do Projeto de Pesquisa "PROMOTION OF ORGANIC WASTE TO ENERGY SOLUTINS IN PERNAMBUCO-BRAZIL" Contrato N 3000096522 - UNIDO (The United Nations Industrial Development Organization e FADE-UPE, sendo o Responsável Técnico da Meta 2 - Estudo da viabilidade de tratamento dos resíduos sólidos pela biodigestão anaeróbia com a utilzação do biogás para geração de energia na Ilha de Fernando de Noronha"-

Yaicel Ge Proenza, Universidade Federal de Pernambuco

Graduação em Radioquímica pelo Instituto Superior de Tecnologias y Ciências Aplicadas (InSTEC-Cuba, 2005); com diploma reconhecido como Bacharel em Química pela UFPE em 2023. Mestrado em Química Biológica pela Universidade de Granma (UDG-Cuba, 2011). Doutorado em Química pela UFPE em 2016, Pós-doutorado em simulação computacional de materiais metal-orgânicos porosos (MOFs) e suas aplicações, na UFPE entre 2016 e 2021. Experiência nas áreas de produtos naturais, físico-química, química teórica, simulação computacional e modelagem. Nos últimos 10 anos, tem estudado o mecanismo, energética, estrutura molecular, reatividade, cinética e dinâmica de reações químicas, principalmente por métodos de dinâmica molecular e Monte Carlo. Mais recentemente, tem abordado a simulação computacional de processos de adsorção e liberação de pequenas moléculas, fármacos e drogas em MOFs, biochars, zeólitas e outros meios porosos. Habilidades na implementação de algoritmos, análise de dados, estatística e programação.

Raquel Milani, Universidade Federal de Pernambuco

Possuo graduação em Tecnologia em Polímeros pela Universidade de Caxias do Sul (2005), mestrado em Engenharia e Ciência dos Materiais pela Universidade de Caxias do Sul (2009), doutorado em Ciência de Materiais pela Universidade Federal de Pernambuco (2013) e pós-doutorado no Departamento de Química Fundamental da Universidade Federal de Pernambuco (2013-2015). Fui pesquisadora-bolsista do Projeto Modernit no Centro de Tecnologias Estratégicas do Nordeste (Cetene) atuando na implantação de um Sistema de Gestão da Qualidade segundo os requisitos da norma ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 (2015-2018). Atuei como pesquisadora-bolsista no Departamento de Física da Universidade Federal de Pernambuco (2018-2023) em um projeto Petrobras, integrante da rede multidisciplinar "Métodos Físicos para Mitigação de Incrustações em Operações de Produção" que investiga a viabilidade do uso da tecnologia de campos magnéticos para mitigrar as incrustações em poços off shore. Também fui pesquisadora-bolsista do INCT-OndaCBC desenvolvendo pesquisas no Laboratório de Tomografia de Raios X (LTC-RX) do Departamento de Energia Nuclear DEN-UFPE (2023-2024) onde atuo como pesquisadora e colaboradora na execução de projetos de pesquisa do Grupo de Imageamento, Caracterização e Simulação em Meios Porosos (ICSMP). Possuo experiência na área de Ciência de Materiais, com ênfase em síntese e caracterização estrutural, morfológica e físico-química de materiais homogêneos e heterogêneos. Atualmente, atuo em pesquisas voltadas para a caracterização de meios porosos utilizando a técnica de microtomografia de raios X, bem como na aplicação de dados de tomografia para análise de rocha digital e solos.

Antônio Celso Dantas Antonino, Universidade Federal de Pernambuco

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco - UFPE (1984), mestre em Tecnologias Energéticas e Nucleares pela UFPE (1988) e doutor em Física do Solo pela Universidade Joseph Fourier - Grenoble I (França) (1992). Atualmente é professor titular da UFPE. Pós-doutorado no LTHE-INPG (França) no período de 03/2005 a 02/2006. Professor visitante (estagio sênior de pesquisa) no Departamento de Ciências dos Recursos Terrestres da Universidade de Guelph, Canadá no período de 4/11/2009 a 28/01/2010. Professor visitante (estagio sênior de pesquisa) no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Pratt School of Engineering da Universidade de Duke, Carolina do Norte, EUA no período de 01/02 a 31/05/2012. Programa Ciências sem Fronteiras.Experiência na área de Física do Solo e de Recursos Hídricos. Atua nos seguintes temas: Modelagem matemática das transferências de água, calor e solutos no sistema solo-planta-atmosfera; Estimação dos parâmetros do escoamento da água e do transporte de solutos nos solos: Métodos de laboratório e de campo, e analíticos (Método inverso); Propriedades hidráulicas e hidrodispersivas dos solos não saturados: descrição e medidas; Modelagem hidrológica; Tomografia Computadorizada de Raios X e gama em solos; Variabilidade espacial e temporal (Estatística e Geoestatística).

Emmanuel Damilano Dutra, Universidade Federal de Pernambuco

Formação em 2008 na área de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia pela Universidade Estadual do Rio Grande do Sul. Possui mestrado em Tecnologias Energéticas e Nucleares, onde desenvolveu trabalho com gestão de biomassa para fins agrícolas. Possui título de doutor em Tecnologias Energéticas e Nucleares com a tese sobre o estudo do sorgo sacarino para produção de etanol de primeira e de segunda geração. Atualmente é professor Adjunto da Universidade Federal de Pernambuco e membro permanente do Programa de Pós-graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares do Departamento de Energia Nuclear e do Programa de Biotecnologia do Departamento de Antibióticos. Coordena a Rede de Pesquisa e Inovação em Energia da Biomassa no Semiárido - REPIENSA no projeto INCT OndaCBC (www.ondacbc.com.br). Atua no Projeto de formação de recursos humanos da ANP, PRH 48.1 - Caracterização e Simulação de Reservatórios, Energias Renováveis e Biotecnologia Ambiental. É pesquisador associado a Rede de Pesquisa e Inovação em Energias Renováveis e Descarbonização (Rede ZeroC-PE) e da Biorrefinaria Experimental de Resíduos Sólidos Urbanos - BERSO (www.berso.org). É mentor da Startup Pegasus: Soluções energéticas e ambientais. Desenvolve trabalho com a produção sustentável de biomassa e com o aproveitamento químico e energético de fontes de biomassa para produção de biocombustíveis e produtos químicos de alto valor agregado. Atualmente é coordenador do Programa de Pós-graduação em Tecnologias Energéticas e Nucleares - PROTEN-CRCN.

Yelina González Pérez, Universidade Federal de Pernambuco

Posui bacharelado em Física pela Universidade de Oriente, Cuba (2007), mestrado em Física Médica pelo Instituto Superior de Tecnologías e Ciências Aplicadas (InSTEC), Cuba (2013) e doutorado em Tecnologias Energéticas e Nucleares (DEN-UFPE), Brasil (2021). Atuou como física médica especialista no Departamento de Radioterapia no Hospital Clínico Quirúrgico Hermanos Ameijeiras, Cuba (Setembro, 2007 - Agosto, 2015). Tem experiência nas áreas de física médica (Radioterapia), dosimetría e instrumentação nuclear.

Georgiana Feitosa da Cruz, Universidade Estadual do Norte Fluminense

Doutora em Ciências, pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), onde desenvolveu pesquisa com ênfase em Geoquímica do Petróleo. É mestre em Química Orgânica pela Universidade Federal do Piauí (UFPI) e tem formação em Química, também pela Universidade Federal do Piauí (UFPI). Atualmente é Professora Associada da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), lotada no Laboratório de Engenharia e Exploração de Petróleo (LENEP), pertencente ao Centro de Ciência e Tecnologia (CCT) onde atualmente exerce o cargo de Chefe do LENEP (2024-2027) e participa como membro do Conselho de Centro (CONCEN) e do Conselho Universitário (CONSUNI) . É bolsista de Produtividade em Desenvolvimento Tecnológico e Extensão Inovadora do CNPq (DT-2) desde 2021 e Cientista do Nosso Estado (CNE) da FAPERJ desde 2024. Atua como Professora permanente do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Reservatório e de Exploração do LENEP onde desenvolve pesquisa nas áreas de Geoquímica do Petróleo e Ambiental, Garantia de Escoamento (com foco no estudo de emulsão) e Reservatório (com foco em desenvolvimento e caracterização de fluidos de perfuração e caracterização de fluidos produzidos após recuperação de petróleo). É Professora Permanente do Programa de Pós-Graduação em Clima e Energia do Laboratório de Meteorologia da UENF, onde atua na área de Química Ambiental. É membro da Associação Latinoamericana de Geoquímica Orgânica (ALAGO), desde 2008, e da Sociedade Brasileira de Química (SBQ), desde 2004, e Conselheira Titular do Conselho Municipal de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável da Prefeitura de Macaé (biênio 2024-2026). Trabalhou como Pesquisadora Colaboradora do Laboratório de Análises Orgânicas do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO/RJ) no controle de qualidade de biodiesel (2008 a 2010). Atuou como Coordenadora do Curso de Graduação em Engenharia de Petróleo do LENEP (2016-2016), foi membro do Colegiado de Graduação (2013-2016), foi Coordenadora do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Reservatório e de Exploração do LENEP (2019-07/2021) e participou do Colegiado de Pós-Graduação e Conselho do LENEP de 2017 a 03/2024. Participou como segunda tesoureira da Diretoria da Associação Latinoamericana de Geoquímica Orgânica (ALAGO) (2019-2023).

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