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GASEIFICAÇÃO
1. Definição e Histórico A gaseificação pode ser definida como o processo de conversão termoquímica de um material sólido ou líquido (que contém carbono na sua composição) em um combustível gasoso, através da oxidação parcial a temperaturas elevadas (reações termoquímicas numa faixa de temperatura de 800 a 1100 °C), e em pressões atmosféricas ou maiores, até 33 bar. Utiliza-se um agente de gaseificação que pode ser ar, vapor de água, oxigênio ou uma mistura destes, em quantidades inferiores à estequiométrica – mínimo teórico para a combustão. Também, a gaseificação pode ser definida como um processo termoquímico localizado em uma região paramétrica entre a combustão e a pirólise. Neste sentido, este processo é entendido como o tratamento termoquímico que, diferentemente da combustão, não permite a oxidação completa do carbono e do hidrogênio presentes no combustível em CO 2 e H 2 O, respectivamente, dando origem a compostos combustíveis, tais como CO, H 2 e CH 4. Além dos gases mencionados anteriormente, o gás produzido também inclui produtos típicos de combustão: CO 2 , H 2 O, O 2 (em quantidades mínimas) e N 2 (quando o agente gaseificador é ar), assim como teores de hidrocarbonetos, tais como o eteno (C 2 H 4 ), o etano (C 2 H 6 ), entre outros. Em 1839 o gaseificador em contracorrente foi desenvolvido por Bishoff. Esse gaseificador foi modificado por Siemens em 1857, sendo utilizado na Europa nos cem anos seguintes. O auge da produção de gás e consequente utilização de gaseificadores ocorreram durante a segunda grande guerra, quando cerca de um milhão de veículos, no mundo todo, utilizavam gaseificadores em leito fixo que eram chamados de gasogêneos. No Brasil esses veículos eram em torno de 20.000 e utilizavam como combustível, pedaços de madeira, coque, turfa e antracito. 2. Tipos de gaseificadores O gaseificador é o reator no qual acontece a conversão termoquímica da biomassa em gás. De um modo geral, é possível afirmar que existem seis tipos principais de gaseificadores: de leito fixo contracorrente, de leito fixo cocorrente, de leito fixo tipo fluxo cruzado, de leito fluidizado borbulhante (LFB), de leito fluidizado circulante (LFC) e de leito arrastado. Ao mesmo tempo todos eles podem ser de aquecimento direto ou indireto. A classificação baseia-se na direção relativa do fluxo de
biomassa e do agente de gaseificação, e na forma de fornecimento de calor ao reator. A Figura 1 mostra esquemas dos diferentes tipos de gaseificadores. Já o Quadro 1 resume as características das configurações mais comumente usadas. Figura 1: Tipos de gaseificadores: a) Contracorrente (updraft); b) Cocorrente (downdraft); c) De duplo estágio; d) Fluxo Cruzado Cross-flow ; e) Leito fluidizado borbulhante; f) Leito Fluidizado Circulante. Quadro 1: Classificação e características dos diferentes tipos de reatores para o desenvolvimento da gaseificação.
de leito fluidizado borbulhante são típicos de aplicações de escala mediana. Por outro lado, os gaseificadores de leito fluidizado circulante são de fácil escalonamento e típicos de grandes capacidades, tanto para aplicações de gaseificação como de combustão. O Quadro 2 apresenta algumas questões importantes que devem ser consideradas durante o projeto e operação destes tipos de equipamentos. Quadro 2: Considerações de projeto e operação de gaseificadores de leito fluidizado. A fluidização é uma operação em que um sólido é colocado em contato com um fluxo de gás, de tal forma que o mesmo adquire características similares às dos fluidos. Um reator de leito fluidizado consiste em uma câmara de reação que contém partículas inertes suportadas por uma placa distribuidora e mantidas em suspensão por um fluido que atravessa o reator em sentido ascendente. No caso especial da gaseificação de combustíveis sólidos, utilizam-se exclusivamente compostos gasosos como meio fluidizante. Para a biomassa, um gaseificador operando em condição de leito fluidizado apresenta vantagens consideráveis, dentre as quais pode-se destacar à alta taxa de conversão de carbono em gás energético devido às elevadas eficiências dos mecanismos de transferência de calor e massa, além da uniformidade da temperatura ao longo do reator. O Quadro 3 apresenta uma abordagem comparativa das condições operacionais dos gaseificadores:
Quadro 3: Aspectos operacionais comparativos entre os diferentes gaseificadores.
3. Processos e Variáveis O processo de gaseificação se dá nos gaseificadores, onde durante a gaseificação, pode-se identificar algumas zonas características do processo, que são: a secagem, a redução, oxidação e pirólise. Em reatores de leito fluidizado essas zonas não podem ser distinguidas. A Figura 2 mostra um diagrama do processo de gaseificação. Figura 2: Processos na gaseificação.
O tipo de agente de gaseificação; Capacidade de produção de gás; Composição e poder calorífico do gás produzido; O tempo de residência, o qual é limitado pela velocidade de fluidização quando o processo é realizado em reatores de leito fluidizado, e para o caso dos reatores de leito fixo, principalmente pelo projeto e pela operação da grelha; Eficiência da gaseificação; As características da biomassa em termos físico-químicos e energéticos.
4. Aplicações A gaseificação de biomassa tem algumas vantagens em relação à queima direta, por exemplo: o gás é queimado com menores emissões de poluentes, é facilmente distribuído, é mais adequado ao uso doméstico, a sua queima é mais facilmente controlada, pode ser utilizado em motores de combustão interna, entre outros. Porém, possui algumas desvantagens como, por exemplo, a utilização de uma tecnologia mais complexa do que a da queima direta e menor eficiência de conversão. O principal objetivo da gaseificação é formar gases que podem ser usados como fonte de energia térmica e elétrica (em Motores Alternativos de Combustão Interna e em Turbinas a Gás), bem como para dar destino mais sustentável aos lixos e resíduos orgânicos. Porém com o avanço tecnológico, pode-se usar os gases para síntese de produtos químicos e para a produção de combustíveis líquidos (Fischer-Tropsch). Após sua limpeza, esse gás será apropriado para produção de produtos químicos (amônia, polímeros, etc...), combustíveis líquidos sintéticos (metanol e gasolina sintética), combustíveis gasosos (metano e hidrogênio) ou para uso direto como fonte de energia. 5. Fornecedores Algumas empresas trabalham no Brasil com a venda de plantas e equipamentos para gaseificação, seja em escala laboratorial, planta piloto ou em planta industrial. Abaixo estão listadas algumas dessas empresas: Bioware (https://www.bioware.com.br/pirolise-e-gaseificacao) Termoquip Energia Alternativa ( sem site) Alkem Soluções Energéticas e Ambiantais (http://www.alkem.com.br/) Energia Limpa do Brasil ( http://www.elbrasil.com.br/)
GWE-Brasil ( https://www.facebook.com/pages/category/Company/GWE-Brasil- 1053377794706651/) Não há muitas empresas nacionais fabricantes de gaseificadores, no entanto, é importante salientar que dependendo da escala desejada, é possível projetar e dimensionar um gaseificador e solicitar a sua fabricação à uma empresa metalúrgica ou relacionada à equipamentos industriais.
6. Mercado no Brasil No Brasil, a gaseificação se concentra mais em centros de pesquisas e em usinas sucroalcooleiras, também tem sido utilizada na gaseificação de lixos. Algumas organizações onde há gaseificadores instalados são: UNICAMP, UNIFEI, UFPA e IPT. Também há alguns municípios onde gaseificadores são destinos para resíduos orgânicos. Empresas privadas aplicam gaseificadores para transformação de resíduos em eletricidade. Os avanços tecnológicos no ramo da gaseificação seguem passos lentos no Brasil e no mundo, uma vez que esse processo não apresenta uma eficiência e rendimentos comparáveis ao uso de combustíveis fósseis, sendo assim um processo considerado caro. No entanto, muitos autores consideram a biomassa e em especial a gaseificação como um provável uma futura de fonte energética da humanidade, o que torna passível o incentivo de investimentos e pesquisas para otimizar esse processo.
