Simulação do processo de combustão da biomassa residual de microalgas para avaliação do seu uso em um sistema de cogeração de energia

Abstract

RESUMO A biomassa de microalgas é uma fonte alternativa com grande potencial para a produção de biocombustíveis e diversos bioprodutos, no entanto, o alto custo de sua produção ainda é um impedimento para o uso em larga escala. Diante disso, de forma a diminuir os custos que envolvem o processamento da biomassa de microalgas, é necessário o desenvolvimento de processos que integrem todas as suas potencialidades. Nesse contexto, o presente trabalho investigou o potencial do processo de combustão da biomassa residual de microalgas quando integrado a um sistema de geração de eletricidade e energia térmica. A biomassa, subproduto da extração de componentes ativos de microalgas Chlorella sp, foi doada pelo Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental – NCCA da UFMA, que investiga o seu cultivo para fins de produção de biocombustíveis. Empregou-se o software Aspen Plus® para simular o processo de combustão e o sistema de cogeração. O diagrama do processo foi dividido em duas partes: a etapa de combustão, na qual foram investigadas as melhores condições de queima da biomassa, e a etapa de cogeração, na qual se aproveitou o calor da combustão para gerar eletricidade. Os dados relativos à biomassa exigidos pelo simulador foram obtidos através da análise imediata, o que permitiu determinar a porcentagem de cinzas e o teor de umidade, e estimar a composição elementar através de correlações presentes na literatura. Para o processo de queima utilizou-se o bloco RYIELD, que decompõe a biomassa em seus elementos básicos, e um bloco RGIBBS, que simula a combustão desses elementos. O sistema de cogeração foi elaborado com base no ciclo Rankine. Os parâmetros do sistema foram ajustados para melhorar a eficiência da combustão e da geração de eletricidade. O modelo utilizado demonstrou-se adequado na estimação da capacidade de geração de eletricidade, não apresentando discrepâncias quando comparado com valores apresentados na literatura, tendo a biomassa residual apresentado potencial para gerar 307,44 kWh/ton. Palavras-chave: microalgas; combustão; simulação de processos; cogeraçãoRESUMO A biomassa de microalgas é uma fonte alternativa com grande potencial para a produção de biocombustíveis e diversos bioprodutos, no entanto, o alto custo de sua produção ainda é um impedimento para o uso em larga escala. Diante disso, de forma a diminuir os custos que envolvem o processamento da biomassa de microalgas, é necessário o desenvolvimento de processos que integrem todas as suas potencialidades. Nesse contexto, o presente trabalho investigou o potencial do processo de combustão da biomassa residual de microalgas quando integrado a um sistema de geração de eletricidade e energia térmica. A biomassa, subproduto da extração de componentes ativos de microalgas Chlorella sp, foi doada pelo Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental – NCCA da UFMA, que investiga o seu cultivo para fins de produção de biocombustíveis. Empregou-se o software Aspen Plus® para simular o processo de combustão e o sistema de cogeração. O diagrama do processo foi dividido em duas partes: a etapa de combustão, na qual foram investigadas as melhores condições de queima da biomassa, e a etapa de cogeração, na qual se aproveitou o calor da combustão para gerar eletricidade. Os dados relativos à biomassa exigidos pelo simulador foram obtidos através da análise imediata, o que permitiu determinar a porcentagem de cinzas e o teor de umidade, e estimar a composição elementar através de correlações presentes na literatura. Para o processo de queima utilizou-se o bloco RYIELD, que decompõe a biomassa em seus elementos básicos, e um bloco RGIBBS, que simula a combustão desses elementos. O sistema de cogeração foi elaborado com base no ciclo Rankine. Os parâmetros do sistema foram ajustados para melhorar a eficiência da combustão e da geração de eletricidade. O modelo utilizado demonstrou-se adequado na estimação da capacidade de geração de eletricidade, não apresentando discrepâncias quando comparado com valores apresentados na literatura, tendo a biomassa residual apresentado potencial para gerar 307,44 kWh/ton.__ABSTRACT Microalgae biomass is an alternative source with great potential to produce biofuels and several bioproducts, however, the high cost of its production is still an impediment to its large-scale use. Therefore, to reduce the costs involved in the processing of microalgae biomass, it is necessary to develop processes that integrate all its potential. In this context, the present work investigated the combustion process potential of microalgae residual biomass when integrated to an electricity and thermal energy generation system. The biomass, by product from the extraction of microalgae Chlorella sp active components, was donated by Núcleo de Combustíveis, Catálise e Ambiental - NCCA of UFMA, who are studying its cultivation for biofuels production purposes. Aspen Plus® software was used to simulate the combustion process and the cogeneration system. The process diagram was divided into two parts: a combustion stage, in which were investigated the best conditions for burning biomass, and a cogeneration stage, in which the combustion heat was used to generate electricity. The biomass data required by the simulator were obtained through proximate analysis, allowing calculate the percentage of ash and moisture content, and estimate the elemental composition through correlations present in the literature. For the burning process, the RYIELD block was used, which decomposes the biomass into its basic elements, and a RGIBBS block, which simulates the combustion of these elements. The cogeneration system was designed based on the Rankine cycle. The system parameters were adjusted to improve the efficiency of combustion and electricity generation. The model used proved to be adequate in estimating the electricity generation capacity, showing no discrepancies when compared to values presented in the literature, with the residual biomass showing potential to generate 307.44 kWh/ton.