Impacto da pirólise de biomassa em alta temperatura na formação e composição de biochar

O desenvolvimento e a utilização de biomassa desempenham um papel vital na redução da dependência de combustíveis fósseis e na mitigação das emissões de gases de efeito estufa. A pirólise em alta temperatura oferece uma rota promissora para converter biomassa em produtos valiosos sem formação de alcatrão. Modelos cinéticos são essenciais para entender os processos de pirólise da biomassa, auxiliando no projeto e otimização de reatores. Neste estudo, a casca de arroz (RH) e a palha de milho (CS) foram selecionadas, apresentando diferenças significativas no teor de cinzas, mas amplamente presentes. A pirólise é realizada usando um analisador termogravimétrico acoplado a um espectrômetro de massa (TGA-MS). Os resultados mostram uma rápida diminuição no teor de oxigênio do resíduo sólido em temperaturas elevadas, que se estabilizou após atingir 900°C, correspondendo a cerca de 8–10%. A quantificação por espectrometria de massa indica um aumento na liberação de H2O e CO durante essa fase. A análise por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) no biochar revela que esse fenômeno é atribuído à vibração de estiramento das ligações C-O e à conversão dos grupos -OH. O oxigênio remanescente existe principalmente na forma de grupos carbonila e carboxila. Subsequentemente, o modelo cinético de pirólise da biomassa CRECK-S-B é atualizado, visando especificamente o mecanismo de transformação de sólidos contendo oxigênio em altas temperaturas para melhorar a previsão do rendimento de biochar e da composição elementar. O erro relativo da previsão do teor de oxigênio é inferior a 10%. A precisão do modelo é validada através de dados experimentais e um extenso banco de dados da literatura, levando ao estabelecimento de um banco de dados abrangente. O modelo atualizado demonstra uma precisão de previsão significativamente aprimorada para temperaturas de pirólise superiores a 800°C, expandindo seu intervalo de aplicabilidade. Além disso, alcança uma taxa de precisão superior a 80% para o rendimento de char e conteúdo elementar na faixa de temperatura de 200–1000°C, incluindo condições de torrefação. Fornece uma base teórica para a utilização eficaz de biochar em alta temperatura, oferece uma nova perspectiva sobre a conversão termoquímica da biomassa e contribui para o desenvolvimento sustentável da energia da biomassa.