Estudo da formação de depósitos e aglomeração de cinzas durante a combustão de biomassa em leito fluidizado e co-combustão com carvão para minimizar a sua ocorrência

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Energia e Bioenergia

Gases de efeito estufa produzidos pela combustão de biomassa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação sócio-económica e ambiental da co-combustão de carvão, biomassa e resíduos não tóxicos

Dissertação apresentada à Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia, para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Potencial da biomassa florestal residual para fins energéticos de três concelhos

O mercado da biomassa florestal tem vindo a desenvolver-se bastante nos últimos anos na Europa. Portugal, apesar de ter um desenvolvimento considerável através da sua indústria florestal, apenas nos últimos anos começa a encarar as oportunidades que este recurso pode oferecer. Através de um concurso público lançado em 2006, a meta para a produção de electricidade a partir de biomassa florestal foi estabelecida em 250 MWe, sendo anteriormente de 150 MWe. O presente trabalho tem três objectivos: 1) quantificar a produção de biomassa florestal residual nos concelhos de Almeirim, Alpiarça e Chamusca; 2) analisar a disponibilidade de biomassa florestal para quatro locais seleccionados no distrito de Santarém e para duas centrais em funcionamento (CAIMA e Pego); e 3) avaliar a viabilidade económica da co-combustão de biomassa florestal com carvão na central do Pego. A produção de biomassa florestal nos três concelhos estudados foi estimada em 30 601 a 35 585 toneladas secas por ano. O contributo real para as necessidades anuais em biomassa é de 2-17%, 16-23% e 5-11% para as centrais de Rio Maior, CAIMA e Pego, respectivamente, admitindo um preço da biomassa de 25,4 €/t (45% de humidade). Estimou-se ainda que a co-combustão de biomassa na central do Pego é atractiva para custos de licença de emissão a partir de 16 €/tCO2 e para preços de biomassa florestal residual inferiores a 30 €/t (45% de humidade).

Estudo da utilização de cinzas de biomassa (volantes e de fundo) na remoção de fosfatos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Balanço energético da operação de uma caldeira a biomassa

A pressão causada sobre os recursos energéticos é impulsionada pela evolução demográfica e pelo crescimento económico, que se vem registando principalmente nos países em desenvolvimento. Segundo várias estatísticas, a procura pela energia incide principalmente sobre os combustíveis fósseis, os quais, representam cerca de do mix de consumo mundial de energia primária. A incerteza sobre as reservas das fontes energéticas não renováveis, e os problemas ambientais derivados da sua conversão noutros tipos de energia, levaram a uma implementação de medidas com rumo à sustentabilidade e eficiência energética. Desta forma, o aumento da utilização sobre as fontes energéticas renováveis é de extrema importância. A biomassa é uma das fontes energéticas de maior relevo. A utilização de biomassa em caldeiras, oferece benefícios económicos, sociais e ambientais, tais como poupança financeira no combustível, conservação dos recursos fósseis e redução de emissões poluentes. As caldeiras desenvolvidas por empresas como a Ventil, são uma solução para a produção de energia térmica pela combustão da biomassa. Estes sistemas caracterizam-se por serem energeticamente eficientes nas várias componentes da sua operação. Assim, pretende-se fazer uma caracterização dos consumos energéticos associados à operação de uma caldeira Ventil de, nomeadamente o consumo de energia elétrica de equipamentos associados. Também será considerado um balanço energético da caldeira e determinado o seu rendimento. Desta forma, concluiu-se que a potência do sistema é de MJ/s, apresentando um rendimento de. Foram detetados motores mal dimensionados e apresentadas alternativas de substituição. Com um investimento de seria possível reduzir a fatura energética em, obtendo um payback de anos. No entanto, a fatura energética do sistema ultrapassa os anuais, sendo que do investimento é na compra do combustível e os restantes são relativos ao consumo de energia elétrica.

Características de cinzas e sua aplicação no tratamento de gases durante a gasificação de biomassa

Na procura de melhores combustíveis para a produção de energia térmica e energia elétrica, a biomassa apresenta-se como uma das fontes de energia renováveis menos prejudiciais ao meio ambiente, esta é considerada como um recurso neutro do ponto de vista de emissões de dióxido de carbono. Atualmente, a tecnologia predominante no domínio da conversão energética de biomassa por via termoquímica é a combustão. Contudo, verifica-se a procura de combustíveis de melhor qualidade produzidos a partir de biomassa, como por exemplo na forma gasosa (gás de combustível). A produção deste tipo de combustíveis gasosos envolvendo processos de gasificação carece do desenvolvimento de tecnologia que permita obter um gás combustível com características adequadas às utilizações pretendidas. Os problemas mais relevantes relacionados com a conversão termoquímica da biomassa incluem a produção de cinzas e de alcatrões, estes podem levar a vários problemas operatórios. O presente trabalho teve dois objetivos, a caracterização das cinzas resultantes do processo de combustão de biomassa e o estudo do efeito da aplicação das cinzas para melhorar as propriedades do gás produzido durante o processo de gasificação de biomassa, principalmente na redução de compostos condensáveis (alcatrões). As cinzas volantes da combustão de biomassa analisadas apresentam na sua constituição elementos químicos característicos da biomassa, onde o cálcio apresenta-se em concentrações mais elevadas. Em menores concentrações encontram-se sódio, magnésio, fósforo, enxofre, cloro, potássio, manganês e ferro. As cinzas de fundo, pelo contributo que a areia do leito tem, são caracterizadas por conterem grandes concentrações de silício. Durante os processos de gasificação de biomassa a concentração de compostos condensáveis diminuiu com o aumento da razão de equivalência. As cinzas, colocadas no reator de leito fixo, apresentam um efeito positivo sobre a qualidade do gás, nomeadamente um aumento de 47,8% no teor de H2 e de 11% de CO, consequentemente obteve-se um gás combustível com PCI (poder calorífico inferior) mais elevado.

Monitorização das condições de operação de uma caldeira a biomassa

A reduzida informação e o pouco trabalho científico desenvolvido na área de sistemas de combustão de biomassa de média potência, faz dos objectivos propostos neste trabalho elementos importantes. O trabalho científico a seguir apresentado, vai permitir obter as bases para o desenvolvimento de condições apropriadas de operação de sistemas de combustão a biomassa, aumentando a eficiência e a rentabilidade económica deste tipo de sistema energético. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na aplicação de metodologias de monitorização que permitam caracterizar e melhorar a eficiência do sistema de combustão, na implementação dos métodos escolhidos e na monitorização das condições de operação de uma caldeira industrial de combustão de biomassa, destacando-se: (i) monitorização dos caudais de alimentação de biomassa à caldeira realizada por sistemas de alimentação sem-fim; (ii) análise e monitorização de temperaturas e pressão; (iii) monitorização do caudal de ar de combustão; (iv) monitorização do caudal de gases de exaustão; (v) monitorização da potência térmica; (vi) monitorização da composição do efluente gasoso. A caracterização físicas de amostras de biomassa, o teste a diferentes tipos de biomassa com diferentes condições de operação e a recolha de amostras de cinzas de combustão para a caracterização físico-química são outros métodos de monitorização e caracterização aplicados. Também foi desenvolvido e aplicado um ensaio de controlo do sistema de alimentação em modo de operação manual e comparado com o sistema de controlo do sistema de alimentação em modo de operação automático. O estudo realizado permite concluir que deve ser desenvolvido e implementado um algoritmo de controlo e operação da fornalha que permita um doseamento mais adequado dos caudais de combustível e ar de combustão com vista a melhorar o desempenho do sistema combustão.

Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.

Valorização energética de lamas resultantes do processo de produção de pasta e papel numa caldeira de leito fluidizado

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre Energia e Bioenergia

Influência do manejo da cultura no balanço energético da utilização de Miscanthus na produção de energia, em Portugal

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Combustion of alternative biomass fuels in a domestic boiler and in a large-scale furnace

Programa Doutoral em Engenharia Mecânica.

Estratégia Nacional para Energias Domesticas em Cabo Verde

Garantir a sustentabilidade do aprovisionamento de energia para a cocção de alimentos constitui um importante desafio, para Países em Desenvolvimento, particularmente os da Africa Sub-Shaeriana, onde uma faixa significativa das famílias depende de recursos naturais escassos e formas de converter energia para a cocção de alimentos, extremamente poluentes, com impactos negativos para a saúde, qualidade de vida e equilíbrio ecológico e ambiental. A exposição aos subprodutos da combustão da biomassa, particularmente as micropartículas e o monóxido de carbono, figura entre as principais causas de infecções respiratórias crónicas e agudas, que afecta principalmente as mulheres e crianças nas zonas rurais. O relatório da Organização Mundial da Saúde de 2002, classifica o problema da poluição doméstica causada pela queima de combustíveis sólidos como o quarto maior factor de risco para a saúde nos países em desenvolvimento, sendo a maioria das vítimas mulheres, que normalmente são as responsáveis pela preparação das refeições, e recém nascidos e crianças de até cinco anos de idade, que passam parte do tempo perto das cozinhas A utilização destes combustíveis também diminui as oportunidades de desenvolvimento de actividades geradoras de rendimento devido ao facto de as mulheres despenderem uma parte considerável do tempo disponível na procura de lenha e na preparação dos alimentos em fogões pouco eficientes. Por outro lado a crescente procura de lenha para satisfação das necessidades energéticas das famílias, vem exercendo uma grande pressão sobre a frágil cobertura vegetal dos Países destas regiões, com consequências gravosas para o ambiente como a desertificação, degradação dos solos, redução da capacidade de retenção de aguas pluviais etc. Nos últimos tempos, Instituições como a ONU (Millenium Development Goals) e o Banco Mundial (PRSPs) têm realçado a inter relação existente entre o aumento do acesso das populações a fontes de energias modernas e a redução da pobreza, defendendo por isso a implementação de medidas para impulsionar a transição dos agregados pobres do uso de combustíveis tradicionais (biomassa) para energias modernas. Ao nível da região Saheliana foi instituído no âmbito do CILSS o Programa PREDAS - Programa Regional de Promoção das Energias Domesticas e Alternativas no Sahel -, que estabeleceu como objectivos específicos: (i) ajudar os estados membros do CILSS a conceber, adoptar e implementar um plano estratégico para as energias domesticas; (ii) constituir uma rede de profissionais e especialistas Sahelianos na área de energias domestica e iniciar um sistema de informação tecnológica sobre energias; e (iii) ajudar os Estados membros do CILSS a conceber e promover o seguimento ecológico dos recursos lenhosos disponíveis. Em termos de utilização de energias domésticas, a situação de Cabo Verde é muito diferente do contexto dos restantes Países da sub-região, apresentando actualmente níveis de consumo percapita de GPL muito superiores. No entanto, nas zonas rurais e periferias dos centros urbanos a lenha e os resíduos são ainda os principais recursos energéticos utilizados na preparação dos alimentos. Estas preocupações estão identificadas em documentos de carácter estratégicos já elaborados nomeadamente: O IV Plano Nacional de Desenvolvimento, O Plano Energético Nacional (PEN), O Plano de Acção Florestal Nacional (PAFN), O Plano Estratégico de Desenvolvimento da Agricultura, o Documento de Estratégia de Crescimento e Redução da Pobreza (DERCP) e o Plano de Acção Nacional para o Ambiente (PANA II). É neste contexto que se enquadra a elaboração do presente documento “ Estratégia Nacional para Energias Domesticas em Cabo Verde”, visto como um instrumento integrador das políticas concernentes ao sector de energias domésticas definidos nos planos nacionais.

Desenvolvimento metodológico e avaliação de contaminação por HPAs em sedimentos da baia de Guajará

Os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPAs) são poluentes de efeito tóxico, prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana, fazem parte de um grupo de compostos poluentes orgânicos persistentes (POPs), que por suas características tem impactado o ambiente, sendo por esse motivo bastante estudados. Podem estar presentes nas formas particulada, dissolvida e/ou gasosa, estando presentes em diferentes ambientes; solo, sedimento, ar, água, material particulado na atmosfera, organismos e alimentos (Kennish, 2007). As fontes naturais de HPAs incluem atividades vulcânicas, queimadas naturais, exsudação de óleos, além de processos biogênicos. HPAs antrogênicos podem ocorrer pela combustão incompleta de óleos combustíveis (automotores e industriais), queima intencional de madeira e plantações, efluentes domésticos e/ou industriais, drenagens pluviais urbanas, derrames acidentais de óleos e derivados. Hidrofóbicos e lipofílicos, essas substâncias podem ser facilmente adsorvidas em sedimentos, sendo este compartimento um importante reservatório desses poluentes. Para avaliar a presença desses compostos no ambiente, utilizou-se nesse trabalho a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. As amostras utilizadas no desenvolvimento e otimização da metodologia foram coletadas na baia do Guajará (Belém – PA). O presente trabalho constituiu-se dessa forma em um desenvolvimento de um procedimento metodológico (com adaptações e otimizações) para quantificar 16 HPAs em 10 pontos na baia do Guajará, Belém – PA, em duas etapas de campo, totalizando 20 amostras analisadas. Na etapa de desenvolvimento do método analítico foram testados sistemas de eluição, polaridade do sistema e fluxo do eluente entre outros. Para validação do método foram avaliados os parâmetros fidelidade, linearidade, limite de detecção, limite de quantificação do método. Razões diagnósticas foram calculadas para identificação das fontes primárias do HPAs encontrados na baia. Foram identificadas, a partir de razões diagnósticas da ΣHPAs BMM/ΣHPAsAMM; Fen/Ant; Flt/Pir; Ant/Σ178; Flt/Σ202; B(a)P/Σ228 e Ind(123cd) pireno/Σ276 as fontes primárias dos 16 HPAs estudados no sedimento da baia. A somatória das concentrações dos HPAs leves na primeira etapa de campo, variou de 132,13 ng.g^-1 a 1704,14 ng.g^-1, a ΣHPAs dos pesados de 125,82 g.g^-1 a 1269,71 ng.g^-1 e ΣHPAs totais de 317,84 ng.g^-1 a 3117,06 ng.g^-1.. Na segunda etapa de campo, as concentrações dos HPAs leves variou de 76,12 ng.g^-1 a 1572,80 ng.g^-1 ; a ΣHPAs pesados variou entre 213,90 ng.g^-1 a 1423,03 ng.g^-1, e Σ HPAs totais teve concentrações de 290,02 ng.g^-1 a 2995,82 ng.g^-1. A partir dos resultados obtidos pode-se classificar a baia do Guajará como moderadamente impactada. A combustão constitui a fonte predominante de HPAs nos sedimentos da baia do Guajará, seguida da combustão de biomassa vegetal e aporte de petróleo e derivados. A maioria dos pontos estudados nesse trabalho, nas duas etapas de campo, apresentaram concentrações de HPAs individuais acima dos VGQS.

Disponibilidade de biomassa florestal residual para combustão na central termoeléctrica de Sines

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Energia e Bioenergia