O Uso Direto de Pó de Biomassa em Motores de Combustão

Direct use of biomass powder in internal combustion engines

Uso direto de pó de biomassa em Motores de combustão

A produção de energia a partir de biomassa lignocelulósica usando motores de combustão interna (ICE) é desejável, desde que os custos possam ser reduzidos. A recalcitrância da biomassa lignocelulósica requer tratamentos adicionais para os processos de conversão de biocombustíveis de segunda geração, ficando aquém das metas de sustentabilidade e das margens de lucro. Em vez de transformar biomassa sólida em combustíveis líquidos ou gasosos por meio de processos de várias etapas, este artigo explora o uso direto de pó de biomassa abaixo de 200 mm em um motor. Reduzir a produção de biocombustíveis a um único processo de moagem oferece a chance de reduzir a produção de biocombustíveis para implementação em nível local, por meio de instalações autônomas ou híbridas com outras energias renováveis. Em cenários que usam energias intermitentes, como solar ou eólica, a produção de pó de biomassa pode ser operada durante os períodos de baixa demanda para armazenar energia excedente que pode ser usada posteriormente para gerar energia sob demanda. Para testar a viabilidade deste conceito, quatro biomassas (casca de arroz, madeira de castanha, casca de pinheiro e palha de trigo) foram micronizadas para um tamanho médio de partícula de 20 mm e alimentadas em um ICE instrumentado. Nossos resultados confirmam que um ICE pode iniciar e operar com vários tipos de biomassa em uma ampla gama de regimes operacionais sem qualquer assistência. Durante esses testes, eficiências de até 17,5% foram observadas com casca de arroz em pó, usando uma temperatura de ingestão de 40 C. As emissões (CO, NOx e SO2) foram encontradas dentro dos limites operacionais aceitáveis ​​das tecnologias de pós-tratamento disponíveis. Esta primeira avaliação do comportamento de combustão comparado de diferentes pós de biomassa em ICE destaca o fato de que os desafios associados a este biocombustível alternativo exigem uma abordagem interdisciplinar de domínios de pesquisa, como prevenção de explosão de poeira, combustão de biomassa e tecnologia de motor.

_____________________________________________________________________________

É desejável a produção de energia a partir de biomassa lignocelulósica usando motores de combustão interna (ICE), desde que os custos possam ser reduzidos. A recalcitrância da biomassa lignocelulósica requer tratamentos adicionais para os processos de conversão de biocombustíveis de segunda geração, ficando aquém das metas de sustentabilidade e das margens de lucro. Em vez de transformar biomassa sólida em combustíveis líquidos ou gasosos por meio de processos de várias etapas, este artigo explora o uso direto de pó de biomassa abaixo de 200 mICRO em um motor. Reduzir a produção de biocombustível para um único processo de moagem oferece a chance de reduzir a produção de biocombustível para implementação no nível local, por meio de instalações independentes ou híbridas com outras energias renováveis. Em cenários que usam energias intermitentes como solar ou eólica, a produção de pó de biomassa pode ser operada durante períodos de baixa demanda para armazenar energia excedente que pode ser usada posteriormente para gerar energia sob demanda. Para testar a viabilidade desse conceito, quatro biomassa (casca de arroz, madeira de castanheiro, casca de pinheiro e palha de trigo) foram micronizadas para um tamanho médio de partícula de 20 micro e alimentadas em um ICE instrumentado. Nossos resultados confirmam que um ICE pode iniciar e executar com vários tipos de biomassa em uma ampla gama de regimes operacionais sem qualquer assistência. Durante estes testes, foram observadas eficiências de até 17,5% com casca de arroz em pó, usando uma temperatura de entrada de 40 C. Verificou-se que as emissões (CO, NOx e SO2) estavam dentro dos limites operacionais aceitáveis ​​das tecnologias disponíveis para pós-tratamento. Esta primeira avaliação do comportamento de combustão comparado de diferentes pós de biomassa no ICE destaca o fato de que os desafios associados a esse biocombustível alternativo exigem uma abordagem interdisciplinar de domínios de pesquisa como prevenção de explosão de poeira, combustão de biomassa e tecnologia de motores.

_____________________________________________________________________________

No atual contexto de minimização dos efeitos das mudanças climáticas antropogênicas, a motivação para alternativas aos combustíveis fósseis vai além da economia ou da segurança energética. Embora a transição dos biocombustíveis de 1ª para a 2ª geração tenha sido fortemente apoiada, as tecnologias de 2ª geração lutam para alcançar o mesmo nível de desenvolvimento comercial. Para alcançar margens de lucratividade durante a produção de combustíveis de alta qualidade, a tendência atual dos biocombustíveis de segunda geração (lignocelulósicos) está aumentando os locais de produção. Como observado em projetos recentes, o problema com o aumento da produção em locais centralizados é a logística a montante, como fornecimento, pré-tratamento e transporte.1,2 Outro desafio da produção de biocombustíveis lignocelulósicos é o tratamento de subprodutos residuais provenientes de frações não utilizadas da biomassa ou subprodutos do processamento.3–5 Para aumentar a utilização da biomassa lignocelulósica como biocombustíveis, os métodos de produção precisam ser simplificados para explorar a natureza descentralizada e a ampla variabilidade de biomassa. Uma opção é usar o caráter explosivo do pó micronizado dentro da câmara de combustão de um motor de combustão interna (ICE), permitindo que o biocombustível permaneça na forma sólida.

Fig 1 mostra as principais vias de processo bioquímicas e termoquímicas para biocombustíveis de segunda geração, com a adição das vias de processo físico propostas usando combustíveis sólidos e de chorume. A troca desses biocombustíveis de baixa tecnologia tem o custo das modificações necessárias no motor, um aspecto crítico para direcionar as aplicações corretas. Do ponto de vista energético, os pós de biomassa apresentam densidades de energia mais baixas do que outros biocombustíveis. 6 Em comparação com o setor de transporte, as instalações de geração estacionária possuem menos restrições de espaço para acessórios adicionais do motor e densidades de combustível mais baixas, favorecendo a utilização sólida de biocombustíveis. Devido à natureza simplificada da moagem, a escala dos locais de produção de biocombustíveis pode ser reduzida para facilitar a logística a montante, permitindo a possibilidade de conversão local de biocombustível em fazendas, serrarias ou instalações de obras públicas da cidade. Se as modificações do motor com combustível em pó puderem ser economicamente adequadas para motores de menor potência, o transporte poderá ser eliminado através da produção de energia no local.