O consumo global de café gera, por ano, mais de 10 milhões de toneladas de borra de café. A maior parte das borras de café vai para aterros sanitários ou é incinerada, o que leva à libertação de gases de efeito estufa e à poluição do meio ambiente.
A borra de café possui um potencial energético real, mas seu alto teor de humidade tem sido um obstáculo a essa utilização como fonte de energia. A conversão em combustível requer em geral uma pré-secagem que consome energia, o que torna o uso da borra de café em larga escala economicamente inviável como combustível.
Tecnologia de pirólise por plasma de chama
Em face do desafio, uma equipa do Instituto Coreano de Geociências e Recursos Minerais desenvolveu um sistema de Pirólise por Plasma de Chama (FPP, na sigla em inglês), um processo que trata diretamente a biomassa com aproximadamente 55% de umidade sob condições de plasma à pressão atmosférica.
O sistema gera chamas de plasma a temperaturas de aproximadamente entre 800 a 900 °C por meio da combustão de gás liquefeito de petróleo (GLP) e ar comprimido. Ao contrário das tecnologias de pirólise convencionais, o processo elimina a necessidade de qualquer tratamento de pré-secagem, descreveu o Conselho Nacional de Investigação em Ciência e Tecnologia, da Coreia.
Durante o processamento, a energia térmica intensa vaporiza rapidamente a humidade retida dentro das partículas de biomassa. O aumento de pressão resultante desencadeia explosões microscópicas conhecidas como “efeito pipoca”, que simultaneamente intensificam a carbonização e criam estruturas altamente porosas. Assim, neste caso, a umidade, em vez de atuar como uma barreira, torna-se um agente de ativação por vapor que acelera as reações e melhora a qualidade do produto.
Combustível equivalente ao da antracite
Em condições otimizadas, a equipa de investigadores conseguiu a conversão completa em 90 segundos, com uma redução de massa de 83,3%.
O biochar resultante apresentou um poder calorífico de 29,0 MJ/kg, aproximadamente 33% superior ao da borra de café original, de 21,8 MJ/kg e comparável ao do carvão antracite.
As melhorias de desempenho do biochar incluíram:
- Aumento de quase três vezes no teor de carbono fixo, de 15,6% para 46,2%
- Remoção completa dos compostos de enxofre, prevenindo as emissões de óxidos de enxofre (SOx) durante a combustão.
- A área superficial específica aumentou de 1,5 para 115,4 m²/g, indicando potencial para uso como precursor de carvão ativado ou material de adsorção.
- Formação mínima de poluentes secundários, como fumo e alcatrão.
Estas características tornam o biochar adequado, não apenas como combustível sólido renovável, mas também como um material de carbono de alto valor para aplicações ambientais e industriais.
Processo ultra rápido face às tecnologias existentes
Os investigadores concluíram que o novo processo de Pirólise por Plasma de Chama oferece vantagens substanciais tanto em velocidade de processamento como em eficiência energética.
Em comparação com a carbonização hidrotérmica (HTC), que normalmente requer de uma a seis horas, o processo Pirólise por Plasma de Chama é de 40 a 240 vezes mais rápido. Um processo que também reduz o tempo de tratamento em mais de 20 vezes, em comparação com a torrefação, que geralmente requer pelo menos 30 minutos.
Como o sistema utiliza plasma gerado por combustão em vez de dispositivos de plasma que consomem muita eletricidade, ele reduz o consumo geral de energia, mantendo um alto desempenho de processamento.
O estudo já publicado no Chemical Engineering Journal mostra que a capacidade de processar diretamente matérias-primas húmidas sem secagem prévia representa uma das vantagens econômicas e ambientais mais significativas da tecnologia.
Conversão de resíduos em energia
Além dos resíduos de café, a tecnologia mostra ter potencial para ser aplicada a uma ampla gama de resíduos orgânicos com alto teor de humidade, incluindo restos de comida, resíduos orgânicos domésticos e resíduos agrícolas.
“A tecnologia apresenta um novo paradigma no qual o lixo deixa de ser visto como um problema para resolver, mas um valioso recurso energético“, disse o Taejun Park, autor principal do estudo. “Planeamos expandir a tecnologia para vários tipos de resíduos orgânicos com alto teor de humidade e otimizar ainda mais o processo para comercialização em escala industrial.”
O processo possui um design compacto e capacidade de tratamento ultrarrápido, isto torna o sistema particularmente atraente para instalações descentralizadas de conversão de resíduos em energia no local, onde os custos de transporte e secagem limitam muitas vezes os esforços de recuperação de recursos.
