O mecanismo de pirólise de materiais de biomassa envolve mecanismos primários e secundários, levando à produção de bio-óleo, carvão vegetal e gás. O mecanismo primário inclui a formação de carvão, a despolimerização e a fragmentação, enquanto o mecanismo secundário envolve o craqueamento, a recombinação e a formação de carvão secundário.
Mecanismo primário:
- Formação de carvão vegetal: Durante esta fase, a biomassa é aquecida, levando à formação de anéis de benzeno. Estes anéis combinam-se então para formar um resíduo sólido conhecido como carvão, que é uma estrutura policíclica aromática. Este processo também liberta água ou gás incondensável.
- Despolimerização: Trata-se da rutura das ligações químicas entre os polímeros da biomassa, nomeadamente entre a celulose, a hemicelulose e a lenhina. Esta etapa é crucial, pois inicia a decomposição de estruturas orgânicas complexas em moléculas mais simples.
- Fragmentação: Após a despolimerização, a biomassa fragmenta-se em compostos voláteis mais pequenos. Estes compostos são libertados sob a forma de gases ou condensados em bio-óleo.
Mecanismo secundário:
- Cracking: Alguns dos compostos voláteis produzidos durante o mecanismo primário são instáveis e sofrem outras reacções, conhecidas como cracking. Este processo decompõe as moléculas maiores em moléculas mais pequenas e mais estáveis.
- Recombinação: Nesta fase, as moléculas mais pequenas podem recombinar-se para formar compostos mais complexos, que podem contribuir para a formação de carvão secundário ou de gases adicionais.
- Formação de carvão secundário: Esta fase envolve a transformação adicional do carvão primário através de várias reacções químicas, melhorando as suas propriedades e estabilidade.
O processo global de pirólise começa com a secagem da biomassa para remover a humidade, seguida de aquecimento na ausência de oxigénio a temperaturas tipicamente entre 300-900°C. A temperatura específica e a taxa de aquecimento influenciam o produto predominante (biochar, bio-óleo ou gases). Após a pirólise, os produtos são arrefecidos e separados nas suas respectivas formas.
A eficiência e a distribuição dos produtos na pirólise da biomassa são significativamente influenciadas pelas condições de funcionamento, tais como a temperatura, o tempo de residência e as propriedades físicas e químicas da matéria-prima da biomassa. Estes factores determinam o rendimento e a qualidade do bio-óleo, do carvão vegetal e do gás produzidos.
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