Pirólise
Calor sem oxigénio
A pirólise é a reação que transforma resíduo vegetal em carbono que dura. Tire o oxigénio, adicione calor, e a biomassa não pode arder. Rearranja-se. O que sai é decidido pela forma como opera o reator.
A reação
A combustão liberta carbono. A pirólise prende-o.
Queime madeira e o seu carbono encontra oxigénio, torna-se CO₂ e vai-se embora. Aqueça essa mesma madeira num reator selado com quase nenhum oxigénio e o carbono não tem para onde ir. As longas cadeias de celulose e lenhina quebram-se; o hidrogénio e o oxigénio escapam como gás e vapor; e o carbono que fica reorganiza-se em estruturas aromáticas estáveis: planas, empilhadas e notavelmente difíceis de digerir para os micróbios do solo.
Essa mudança estrutural é toda a base da permanência do biochar. É também por isso que as condições do reator não são um detalhe operacional mas a especificação do produto: a temperatura e o tempo de residência decidem quão aromático o carbono se torna, e por isso quanto tempo dura.
Dentro do reator
O que acontece, e a que temperatura
100–200 °C
Secagem
A água livre sai da biomassa. Nada de químico aconteceu ainda, mas a energia que isto custa é a razão pela qual a humidade da matéria-prima domina o balanço energético de todo o processo.
220–315 °C
Início da desvolatilização
A hemicelulose decompõe-se primeiro. Compostos orgânicos voláteis, vapor de água e CO₂ saem como gás; o sólido escurece e começa a perder massa.
315–400 °C
Carbonização
A celulose piroliza nesta janela, e a lenhina decompõe-se lentamente ao longo de uma gama muito mais ampla. O oxigénio e o hidrogénio são retirados e o carbono restante começa a reorganizar-se em estruturas aromáticas estáveis. É aqui que o biochar é realmente feito.
400–700 °C
Aromatização
Os anéis condensam-se ainda mais em folhas empilhadas. O rendimento de carbono cai, mas o que resta é mais aromático, mais estável: um rácio H/C mais baixo e maior permanência.
O European Biochar Certificate exige um rácio molar H/C abaixo de 0,7 para que o material possa sequer ser chamado biochar, o limiar que separa o material carbonizado da biomassa apenas tostada. O ponto onde um lote fica abaixo dessa linha é definido aqui, no reator.
Regimes
A mesma química, produto diferente
A pirólise é uma família de processos, e as definições decidem qual produto domina. Só um deles é otimizado para carbono duradouro.
| Regime | Temperatura | Tempo de residência | Produto principal | Usado para |
|---|---|---|---|---|
| Pirólise lentanosso | 450–700 °C | Minutos a horas | Biochar (25–35% da massa seca) | Remoção de carbono (o regime que operamos) |
| Pirólise rápida | 450–600 °C | Segundos | Bio-óleo (60–75%) | Biocombustível líquido e químicos |
| Gaseificação | 700–1,000 °C+ | Segundos | Gás de síntese, pouco carbono sólido | Energia; uma via fraca para carbono duradouro |
| Torrefação | 200–300 °C | Dezenas de minutos | Sólido denso em energia, não biochar | Pellets de combustível (o H/C fica muito acima de 0,7) |
Os rendimentos são intervalos indicativos da literatura do processo; a produção real depende da matéria-prima, da humidade, do tamanho das partículas e do design do reator.
Os outros dois terços
Nada deve sair do reator por usar
Sólido: biochar
O carbono que fica. Cerca de um quarto a um terço da massa seca de entrada na pirólise lenta, e a única fração que carrega a alegação de remoção.
Gás: gás de pirólise
Uma mistura combustível de hidrogénio, metano e monóxido de carbono, a par de uma fração substancial de CO₂ não combustível. (O gás de síntese propriamente dito é um produto da gaseificação.) Queimado para sustentar a reação e fornecer calor de processo, o que torna uma unidade bem operada largamente autossuficiente em combustível.
Líquido: bio-óleo e água
Vapores condensáveis. Menores na pirólise lenta, dominantes na rápida. Utilizáveis como combustível ou matéria-prima; em qualquer caso, não são libertados.
Isto importa para a contabilidade do carbono, não só para a economia. Cada joule de energia fóssil que uma unidade importa, e cada grama de metano que liberta, é deduzido da remoção, razão pela qual o design energético do reator faz parte da alegação climática, e não é separado dela.
Outros usos
A pirólise não é só para carbono
A mesma reação está na base de várias indústrias. A produção de carvão é a mais antiga. A pirólise rápida é procurada como via para biocombustíveis líquidos e químicos de base biológica. A pirólise de plástico decompõe os polímeros de volta em matéria-prima de hidrocarbonetos. E os carbonos engenheirados (carvão ativado para filtração, hard carbon para baterias) partem do mesmo passo de carbonização, e depois vão mais longe.
O que separa a pirólise de remoção de carbono de todas estas é a intenção e a contabilidade. As outras otimizam para um produto; nós otimizamos para carbono que fica onde está, e depois provamo-lo. A mesma física de reator, um critério de sucesso totalmente diferente.
FAQ
Perguntas que nos fazem
É no reator que a permanência se decide
Razão pela qual medimos cada lote em vez de confiar na receita.