Potencialidades para o aproveitamento de biomassa de casca de café robusta para a geração de energia

Abstract

No Brasil, a região norte do Espírito Santo destaca-se como a principal produtora de café robusta. Durante o processamento do café, gera-se cerca de 50% de cascas, que na maioria das vezes são descartadas de forma inadequada. O objetivo deste trabalho foi estudar a otimização do aproveitamento tecnológico da casca do café robusta para a obtenção de energia, por meio dos métodos heurístico e evolutivo. A síntese estrutural para a geração de energia, por meio de árvores de estados resultou em 3780 fluxogramas plausíveis a serem analisados, para as quatro rotas tecnológicas abordadas (biodigestão anaeróbia, combustão direta, gaseificação e pirólise). Estudos experimentais com a casca do café robusta permitiram identificar algumas características fundamentais para a definição do fluxograma embrião ao processo. A análise estatística para os ensaios de caracterização das biomassas comprovou, pelo teste de Tukey a 95% de confiança, que houve diferenças significativas entre as amostras analisadas para a massa específica, teor de umidade, carbono fixo e poder calorífico superior. A caracterização do material indicou elevado potencial energético e foi útil para definir o fluxograma de recuperação energética. A análise granulométrica permitiu identificar o modelo que melhor se ajustou aos dados, sendo o RRB (Rosin, Rammler e Bennet) e GGS (Gates, Gaudin e Schumann) para a casca proveniente do processamento via seca e via úmida, respectivamente, e o diâmetro médio de Sauter foi de 2,69 mm e 1,24 mm. A cinética de secagem da casca do café foi realizada em camada fina, por meio de um secador convectivo com fluxo de ar paralelo. Foi elaborado um planejamento fatorial para o estudo do efeito da temperatura e da velocidade sobre a umidade. Foram analisados modelos semi-empíricos para determinar uma equação que melhor representasse a cinética de secagem. O modelo de Overhults apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, comprovado pela técnica da discriminação de modelos rivais, a partir das medidas de não linearidade. O estudo de secagem foi importante para avaliar os parâmetros e foi útil para elaborar as regras heurísticas. Para a combustão, foram monitoradas, durante os ensaios, as emissões de gases poluentes, como monóxido de carbono, dióxido de carbono, dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Porém, mais estudos são necessários para a aplicação efetiva da combustão, visto que as emissões gasosas ultrapassaram os limites estabelecidos pelo conselho nacional do meio ambiente – CONAMA. A aplicação das regras heurísticas permitiu definir a rota de pirólise como promissora para a aplicação energética da casca do café. Pelo método evolutivo identificaram-se onze vizinhos estruturais. Este estudo pode contribuir para o desenvolvimento sustentável e promover o aperfeiçoamento de novas tecnologias para o aproveitamento de biomassa.

In Brazil, the northern region of the State of Espírito Santo is the main coffee production area (Coffee robusta). The processing of coffee beans generates around 50% in mass of husks, which most often are improperly disposed. The objective of this work was to optimize the technological use of the coffee husk for obtaining energy based on heuristic and evolutionary methods. The structural synthesis for power generation through states tree resulted in 3,780 plausible flowcharts to be analyzed including four technological routes (anaerobic digestion, direct combustion, gasification and pyrolysis). Experimental results helped to define the flowchart embryo in the process. Statistical analysis for the characterization results of biomass proved, by Tukey test at 95% confidence, that there were significant differences between the analyzed samples for the density, moisture content, fixed carbon and higher calorific value. Besides the characterization husk particle size analysis identified the model that best fit the data, and the RRB (Rosin, Rammler and Bennet) and GGS (Gates, Gaudin and Schumann) for from husk processing via dry and wet respectively, and the diameter Average Sauter was 2.69 mm and 1.24 mm. The drying testes were carried out in a convective dryer with parallel and following a factorial design in order to evaluate the effect of temperature and speed on the moisture. Among the models semi-empirical applied the model that better represented the experimental data was of Overhults, confirmed by technical breakdown rival models, from the non-linearity measures. The drying study was important to evaluate the parameters and was helpful in creating the heuristic rules. During the combustion tests, were monitored the emissions of carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, nitrogen oxides and hydrocarbons. However, more studies are needed for the effective implementation of combustion, since the gaseous emissions exceed the limits established by CONAMA’s norm. The application of heuristic rules allowed define the route of pyrolysis as promising for energy application of the coffee husks. The application of the evolutionary method generated eleven structural neighbors. This study can contribute to sustainable development and promote the development of new technologies for the energetic use of biomass.