Influência de resíduos de biomassa de agroindústrias na obtenção de gases energéticos assistido por processo eletrolítico

Abstract

A geração de energia por usinas termelétricas movidas a biomassa no Brasil cresceu cerca de 3% nos últimos três anos. Em 2016, 8,8% da energia elétrica do Brasil foi gerada a partir da biomassa como insumo. No entanto, a geração de resíduos tem motivado o planejamento e a utilização de processos eletroquímicos para avaliar os gases obtidos (principalmente hidrogênio e monóxido de carbono) como fontes de energia limpa. Embora já existam processos termoquímicos que utilizam biomassa como fonte de energia, poucos relatos sobre o estudo desse processo por eletrólise estão disponíveis. Neste trabalho, descrevemos um processo de eletrólise de água utilizando um eletrolisador de tipo alcalino e resíduos de biomassa (bagaço de cana, casca de arroz e bagaço de malte) como fonte de obtenção de gases com potencial uso como fontes de energia limpa. Para tais fins, a influência da concentração de massa no comportamento da solução eletroquímica foi avaliada. A voltametria cíclica mostrou que o aumento da concentração de resíduos de biomassa diminui a corrente total do sistema. Em contrapartida, concentrações de bagaço de cana de 0,1% e 1% aumentaram a corrente. As análises de eficiência faradáica e densidade de corrente parcial confirmaram os resultados obtidos na voltametria cíclica para produção de hidrogênio, com menor eficiência faradáica para hidrogênio e valores de corrente reduzidos no sistema quando a concentração de resíduo de biomassa é maior. A eficiência de produção do monóxido de carbono formado no ânodo aumentou com a concentração do bagaço de cana (2,01 para 5,21 μA/cm²) com 1% da biomassa em solução. Nas misturas entre bagaço de cana e malte, a densidade de corrente parcial para hidrogênio diminuiu com o aumento da concentração de biomassa, mas para monóxido de carbono, obteve-se um aumento expressivo de 1,66 para 4,91 μA/cm².

Energy generation from biomass-fired thermoelectric power plants in Brazil has grown by around 3% in the last three years. In 2016, 8.8% of Brazil's electricity was generated from biomass as an input. However, the generation of waste has motivated the planning and use of electrochemical processes to evaluate the gases obtained (mainly hydrogen and carbon monoxide) as sources of clean energy. Although thermochemical processes already exist that use biomass as an energy source, few reports on the study of this process by electrolysis are available. In this work, we describe a water electrolysis process using an alkaline type electrolyser and biomass residues (sugarcane bagasse, rice husk and malt bagasse) as a source of obtaining gases with potential use as clean energy sources. For such purposes, the influence of mass concentration on the behavior of the electrochemical solution was evaluated. Cyclic voltammetry showed that increasing the concentration of biomass residues decreases the total current of the system. On the other hand, sugarcane bagasse concentrations of 0.1% and 1% increased the current. The faradaic efficiency and partial current density analyzes confirmed the results obtained in cyclic voltammetry for hydrogen production, with lower faradaic efficiency for hydrogen and reduced current values in the system when the biomass residue concentration is higher. The production efficiency of the carbon monoxide formed at the anode increased with the concentration of sugarcane bagasse (2.01 to 5.21 μA/cm²) with 1% of the biomass in solution. In the mixtures between sugarcane bagasse and malt, the partial current density for hydrogen decreased with increasing biomass concentration, but for carbon monoxide, there was a significant increase from 1.66 to 4.91 μA/cm².