Orientador: Waldir Antonio Bizzo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: A indústria de papel e celulose é a principal consumidora de biomassa como combustível e como matéria-prima, gerando resíduos de biomassa, os quais representam uma grande quantidade de energia disponível. A produção de papel e celulose necessita de grandes quantidades de energia tanto...

Resumo: A indústria de papel e celulose é a principal consumidora de biomassa como combustível e como matéria-prima, gerando resíduos de biomassa, os quais representam uma grande quantidade de energia disponível. A produção de papel e celulose necessita de grandes quantidades de energia tanto mecânica quanto térmica, a qual usualmente é produzida através da queima de biomassa. Além dos resíduos gerados na própria indústria, a cadeia de produção de papel e celulose envolve uma importante atividade florestal, da qual é aproveitada a madeira e geralmente deixando no campo resíduos de biomassa, os quais representam entre 15 e 25% da massa seca da árvore. Este trabalho de pesquisa enfoca-se na caracterização como combustível dos resíduos sólidos gerados no campo (folhas, cascas, galhos e pontas) e na produção de papel e celulose (finos, cascas, cavacos e lodo orgânico). Também é estimado o potencial de geração de energia elétrica pela combustão dos resíduos de biomassa através do ciclo Rankine. A caracterização baseia-se em uma serie de análises pelos quais é estudada a degradação térmica (análises térmicas - TGA e DSC), e determinada a composição elementar, imediata e estrutural, poder calorífico e massa específica. São caracterizadas também as cinzas determinando sua composição elementar. O material empregado é proveniente do gênero eucalipto espécie Urograndis. As biomassas estudadas apresentam-se propriadas para ser empregadas como combustível em fornalhas industriais. Os resíduos florestais e os rejeitos de madeira da fábrica têm algumas desvantagens em relação a outras biomassas como a madeira. Estas desvantagens são o teor de cinzas, principalmente nas folhas e casca (entre 3 e 5% b.s.), a elevada umidade (acima de 50% b.u.) e sua difícil manipulação. Porém, essas biomassas melhoram suas propriedades com o passar do tempo deste material no campo, diminuindo sua umidade e reduzindo o teor de cinzas, cloro e potássio. A combustão do lodo pode ser energeticamente deficiente devido ao seu elevado teor de umidade e baixo poder calorífico. O potencial de geração de energia elétrica é elevado, desde que a produtividade dos resíduos é grande e seu poder calorífico similar à madeira original. Conclui-se que sem considerar as questões de logística, os resíduos de biomassas em questão têm grande potencial energético ainda não aproveitado

Abstract: The pulp and paper industry is the major consumer of biomass fuels and feedstock, as a result it generates biomass waste, which represents a great amount of heat energy available. The production of pulp and paper requires large quantities of mechanical and heat energy. This energy is...

Abstract: The pulp and paper industry is the major consumer of biomass fuels and feedstock, as a result it generates biomass waste, which represents a great amount of heat energy available. The production of pulp and paper requires large quantities of mechanical and heat energy. This energy is usually supplied by burning biomass in boilers, generating steam that is used as heat source and to generate electricity. Besides the waste generated in the industry, the paper and pulp production chain involves an important forestry activity, in which generally the wood is taken and the biomass residues are leaved at the forest. That represents between 15 and 25% of the tree dry mass. This research focuses on the solid residues generated at the forest (bark, branches, tips and leaves) as well as in the production of pulp and paper (fines, bark, organic sludge and chips), characterizing them as fuel. The objective is also estimate the electric potential of the combustion of biomass residues through the steam Rankine cycle. The characterization is based on a range of analysis, studding the thermal degradation (thermal analysis - TG and DSC), and determining the elemental and immediate composition, heating value, density and chemical structure. Also, the ash elemental composition is established. The material used is taken from the Eucalyptus genus Urograndis species. The studied biomass is suitable to be used as fuel in industrial furnaces. The forestry residues and factory wood rejects have some disadvantages regarding to others biomass like wood. The main disadvantages are the ash content, especially in the leaves and bark (between 3 and 5\% d.b.), high moisture (above 50% w.b.) and its handling difficult. However, the chemistry properties of the biomass improve as it remains at the forest for a period of time, decreasing its moisture and reducing the ash, chlorine and potassium contents. The organic sludge combustion could be energy deficient due to its high moisture and its low heating value. The electric potential is high, since the productivity of waste is large and its heating value is similar to the original wood. We conclude that without considering the logistics issues, the biomass waste has great energy potential, generally untapped