Título do Documento:
Relatório final do projeto P&D‐6492‐0121/2021
Cliente:
Gera Maranhão –
Geradora De Energia
Do Maranhão S/A
Projeto:
CÓDIGO ANEEL P&D‐6492‐0121/2021
Protótipo de um sistema de tratamento de resíduos perigosos, classes I e II, oriundos da operação de usinas termelétricas, voltado ao aproveitamento energético e redução do impacto ambiental.
Gerente do Projeto
Nome: Marcelo Ribeiro
Empresa: Gera Maranhão – Geradora de Energia Do Maranhão S/A
E-mail: marcelo@geraenergia.com.br
Fone: (98) 9 8412-8549
Coordenador do Projeto
Nome: Anderson Cardoso Sakuma
Empresa: Apolo Lab Renovável LTDA
E-mail: asakuma@apololab.com.br
Fone: (41) 9 9193-2677
Objetivo
Este relatório final tem por objetivo apresentar os métodos aplicados e resultados obtidos do projeto P&D‐6492‐0121/2021 durante todo o seu desenvolvimento, desde o seu início em 01 de setembro de 2021 até o seu término em 31 de maio de 2023.
Identificação das entidades e equipes executoras
Tabela 1.1: Dados básicos do projeto.
Título do Projeto
Protótipo de um sistema de tratamento de resíduos perigosos, classes I e II, oriundos da operação de usinas termelétricas, voltado ao aproveitamento energético e redução de impacto ambiental.
Duração do Projeto
21 meses Segmento Geração
Tipo de Produto
SM – Sistema
Subtemas
Tema
MA – Meio Ambiente
Fase da Inovação
PA - Pesquisa Aplicada
FA04 - Tecnologias para aproveitamento de novos combustíveis em plantas geradoras.
GT02 - Novas técnicas para eficientização e diminuição da emissão de poluentes de usinas termelétricas a combustível derivado de petróleo.
EE01 - Novas tecnologias para melhoria da eficiência energética.
Descrição do Produto
Conceito, especificação técnica, modelagem e prototipagem em escala de bancada de um sistema de tratamento de resíduos perigosos classes I e II, baseado num reator de pirólise lenta com o monitoramento de parâmetros do processo, um condensador de vapores e um purificador de gases residuais utilizando microalgas.
Código do Projeto
P&D‐6492‐0121/2021
Data de início do Projeto
01/09/2021
Data de término (previsto)
31/05/2023
Valor total do projeto
1.501.731,53
Entidade Proponente
GERA MARANHÃO – GERADORA DE ENERGIA DO MARANHÃO S/A
Entidade Executora
APOLO LAB ENERGIA RENOVÁVEL LTDA
Coordenador
ANDERSON CARDOSO SAKUMA
Gerente
MARCELO RIBEIRO
Objetivos do projeto
Os objetivos do projeto consistem no desenvolvimento de conceito, dimensionamento, modelagem computacional de um sistema de tratamento em escala piloto para resíduos perigosos classes I e II oriundos da usina Gera Maranhão, localizada na cidade de Miranda do Norte (MA), visando desenvolver uma solução sustentável para destinação do resíduo e reduzir sua pegada de carbono. Além dos protótipos em escala de bancada para a realização de ensaios laboratoriais para validação de engenharia, será desenvolvida a modelagem do sistema em 3D para que o usuário visualize o produto final em um ambiente operacional.
Palavras chave
Tratamento de resíduos, bioenergia, resíduos perigosos, pirólise lenta, microalgas.
Estudo de anterioridade
Estima-se que no Brasil existam mais de 3 mil termelétricas em operação, sendo responsáveis por quase 17% da energia elétrica produzida no país. A operação destas unidades geram resíduos no processo, e dentre eles, resíduos considerados perigosos devido a sua inflamabilidade e potencial de contaminação do meio ambiente. Estas termelétricas devem realizar uma destinação adequada a estes resíduos, muitas vezes contratando o serviço de empresas terceirizadas. O processo de pirólise lenta se destaca como uma potencial solução em comparação com as outras tecnologias devido a possibilidade de produção de combustíveis a partir dos resíduos tratados, o que gera um melhor aproveitamento material ao invés apenas da degradação do mesmo. O desenvolvimento de um sistema conforme o previsto pode se tornar uma solução viável para a geração energética complementar sustentável, já que estes resíduos seriam utilizados para fins energéticos, transformando um passivo ambiental em matéria prima.
Para caracterizar o grau de avanço deste projeto P&D em relação ao estado da arte do assunto foram realizadas pesquisas no banco de projetos P&DdaANEEL,no banco depatentesdo INPIeemferramentas de busca como oGoogle Academics. Com base nessas pesquisas, verificou-se que os resultados encontrados não eram correlatos ao projeto atual, por mais que alguns apresentassemo mesmo princípio estudado. A Tabela 1.2 abaixo expõe os códigos de pesquisas e patentes mais relevantes encontradas em base do INPI, ANEEL e Google Academics:
Tabela 1.2: Códigos de pesquisas e patentes.
Referência Título do projeto
ANEEL PD-02890-0001
Aplicação de bio-óleo e carvão vegetal de pirólise rápida da biomassa residual como alternativa renovável na geração termelétrica;
ANEEL PD-00667-0002
Desenvolvimento de sistema queimador de gás pobre com aplicação em caldeira de centrais termelétricas;
ANEEL PD-06492-0116
Desenvolvimento de metodologia de identificação de compostos associados a defeitos ou falhas do tipo pirólise em materiais celulósicos empregados em transformadores.
https://doi.org/10.3390/e
n15093072
Application of Slow Pyrolysis to Convert Waste Plastics from a Compost-Reject Stream into Py-Char
Encontrou-se estudos e artigos sobre o uso de pirólise na degradação de biomassa e polímeros, porém não foi reconhecido o trabalho com o processo integrado voltado a resíduos contaminados, quesito de inovação deste projeto de pesquisa.
Contribuição ao estado da arte
Este projeto originou, entre seus entregáveis, um pedido de depósito de patente de modulo de utilidade (MU), atualmente em etapa de exame preliminar cujo processo é registrado pelo código BR 20 2022 018149 2, e uma
publicação deste documento descritivo abordando os resultados obtidos, registrado com o Padrão Internacional de Numeração de Livro (ISBN).
Deste modo, com os pedidos de patente e com a publicação registrada, o projeto de pesquisa e desenvolvimento (P&D) em questão proporcionou uma contribuição ao estado da arte existente na temática de tecnologias para aproveitamento de novos combustíveis e novas técnicas para eficientização e diminuição da emissão de poluentes de usinas termelétricas a combustível derivado de petróleo. Dentre as melhorias e inovações dos novos produtos patenteados, pode-se citar:
● Desenvolvimento de um reator de pirólise lenta para resíduos, com modificações e melhorias no sistema de agitação e aquecimento;
● Desenvolvimento de um purificador de gás, através de microalgas, para remoção de poluentes, evitando assim a contaminação externa de modo econômico baseado em processo biológico.
Atualmente, na literatura, a grande maioria das soluções e estudos encontrados são voltadas para resíduos e materiais distintos, trabalhando-se com biomassa ou polímeros de maneira segregada e com o uso de pirólise rápida. Neste projeto, visou-se o trabalho com resíduos contaminados, somando características de componentes distintos em uma mesma batelada, aplicando-se a pirólise lenta, o que diferencia este trabalho e traz novidade em relação aos registros encontrados na literatura. Os detalhes das melhorias e inovações desenvolvidas encontram-se no Capítulo 2 deste documento.
Originalidade do produto ou técnica
O produto idealizado é o conceito, dimensionamento, modelagem computacional de um sistema de tratamento em escala piloto para resíduos
perigosos classes I e II produzidos por usinas termelétricas. Além dos protótipos em escala de bancada para a realização de ensaios laboratoriais para validação dos resultados, será desenvolvida a modelagem tridimensional do sistema para que o usuário visualize o produto final num ambiente operacional.
O produto compreende 3 subprodutos como frentes específicas de desenvolvimento, sendo essas:
● Reator de pirólise lenta - será desenvolvido um novo processo otimizado energeticamente que busque uma melhor distribuição térmica e maior conversão material em produtos, visando aumento de eficiência no tratamento dos resíduos. e a viabilidade econômica de plantas menores, enquadrando-se a realidade de municípios brasileiros que dispões de poucos recursos;
● Condensador de vapores de pirólise - equipamento de resfriamento e condensação da fração líquida do processo de pirólise. Será desenvolvido um processo aprimorado no aspecto termodinâmico para ser mais eficiente energeticamente, promovendo um maior contato dos vapores de pirólise com as superfícies de troca térmica;
● Sistema de purificação de gases utilizando-se microalgas como agente absorvente.
Cada equipamento resultará na entrega de modelagem computacional, projeto construtivo, avaliação da viabilidade técnica e econômica e protótipo em escala de bancada. E ainda, está previsto o depósito de pedido de patente para cada um dos equipamentos projetados nessas frentes de desenvolvimento.
Realizou-se pesquisas e levantamentos nas bases de dados do Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) e da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) em busca de projetos similares a esta proposta.
Foram encontrados alguns trabalhos que utilizam a mecânica ou os produtos de processos de pirólise para determinada aplicação, porém não foram encontrados trabalhos que houvesse semelhança com a aplicação prevista.
As técnicas empregadas para a seleção e dimensionamento de equipamentos e para a realização de ensaios e pesquisas são técnicas conhecidas no meio científico, optou-se pela utilização destas técnicas clássicas para a promoção de confiabilidade nos resultados e produtos, sendo estes aqueles que incorporam a originalidade do projeto. Os detalhes das melhorias, inovações e pesquisas desenvolvidas encontram-se nos Capítulos 2 e 3 deste documento.
Abrangência da aplicação
O produto desenvolvido possui potencial de abrangência nacional, após a conclusão e validação do projeto P&D. Em longo prazo, o sistema integrado poderá ser disponibilizado a qualquer empresa ou instituição interessada na tecnologia e nos benefícios gerados.
Como uma solução sustentável para destinação de resíduos Classe I e II, de acordo com a lei nº 12.305 de 2 de agosto de 2010, e redução da pegada de carbono das termelétricas, o produto poderá ser aplicado, com as devidas adequações, a qualquer unidade em que haja a geração de resíduos perigosos classes I e II, como indústrias com grandes maquinários em operação, indústrias químicas, refinarias de combustíveis dentre outras. Os resíduos de Classe I e II de usinas termelétricas abrangem, mas não são limitados, a resíduos inflamáveis, corrosivos, reativos e inertes.
No caso da proponente do projeto, este produto apresenta a utilidade de aplicação para a problemática da geração e descarte de resíduos contaminados, que gera custos mensais para a destinação destes resíduos. Deste modo, o produto pode ser empregado resultando em redução de custos
e geração de subprodutos, assim, qualquer segmento de geração, transmissão e distribuição em que haja a produção de resíduos contaminados podem se beneficiar destes resultados, havendo a possibilidade de abrangência a nível nacional.
O projeto construtivo foi dimensionado para um sistema em escala piloto. A validação dos resultados deste projeto P&D se confirmaram pelos balanços e modelagens computacionais, seguidos da construção de protótipo e realização de ensaios para validação de engenharia.
Testes de funcionalidade
Os testes de funcionalidade realizados puderam comprovar com base científica a eficácia do produto proposto, sendo que a validação dos resultados deste projeto P&D se deu por meio de testes e ensaios de laboratório, de maneira a promover a análise e caracterização do sistema no âmbito de sua eficiência, aplicabilidade e viabilidade.
O sistema foi projetado para ser implantado em escala piloto, porém os testes dos processos foram desenvolvidos em escala de bancada, em laboratório. Dentre os testes realizados, pode-se citar os ensaios de pirólise lenta, de absorção líquido-gasosa, das propriedades dos combustíveis gerados e de contaminação biológica.
Para os testes, fez-se uso dos protótipos desenvolvidos inteiramente neste projeto, sendo estes outros produtos inovadores e inéditos no mercado, podendo assim propiciar a expansão da pesquisa para outros patamares. A prototipagem e pesquisa realizada neste projeto está abordada no Capítulo 3 deste relatório.
