Pirólise e combustão de resíduos plásticos

Dois milhões de toneladas por ano de resíduos plásticos são gerados no Brasil. Apenas 16,5% em massa deste resíduo plástico é mecanicamente reciclado, a maior parte restante é levada a aterros ou lixões. Todo este material poderia ser incinerado, e desta forma reduzir em até 90% a massa do volume aterrado, e usar seu conteúdo energético para gerar vapor ou energia.

Esta investigação foi feita sobre os produtos de combustão incompleta emitidos da pirólise e combustão em estado estacionário do polietileno e poliestireno em um forno vertical de dois estágios eletricamente aquecido. Separadamente, os polímeros na forma pulverizada foram pirolisados em temperatura constante de 1000°C e, depois da mistura com N2/O2, os produtos de pirólise foram queimados a 900, 1000 e 1100°C.

Os testes foram conduzidos com 21% de O2. Diferentes razões de combustível e ar foram usadas no forno de combustão, pela variação da taxa de alimentação de polímero no forno de pirólise. A motivação para a combustão indireta de PE e PS foi obter a combustão nominalmente pré-misturada dos gases de pirólise com ar, assim, obtendo menores emissões dos produtos de combustão incompleta comparado à combustão direta do polímero sólido.

Este trabalho examinou os efeitos da temperatura de combustão e a razão equivalente de ar e combustível. Os efluentes da pirólise e combustão foram analisados, e as emissões de CO, CO2, O2, hidrocarbonetos leves, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e materiais particulados foram mensurados. Ainda, o material particulado foi caracterizado quanto ao tamanho das partículas.

Foi observado que enquanto a quantidade de gás de pirólise diminuiu com o aumento da taxa de alimentação do polímero, sua composição permaneceu praticamente independente da taxa de alimentação. As emissões de CO2 foram máximas perto da razão equivalente 1, enquanto as emissões de CO aumentaram com o aumento da razão equivalente. As emissões totais de hidrocarbonetos leves e PAH na combustão aumentaram tanto com o aumento da razão equivalente, quanto do aumento da temperatura. A maior parte do material particulado teve o tamanho menor que um mícron.

No geral, as emissões de PAH e material particulado da combustão indireta de PE e PS foram uma ordem de grandeza menor que a emissão correspondente da combustão direta e heterogênea do polímero sólido, obtida em outros trabalhos. Como a pirólise destes polímeros requer uma entrada nominal de calor mínima em relação à quantidade de calor gerada na sua combustão, a implantação desta técnica pode ser vantajosa.

O descarte ou a disposição de resíduos acarreta gastos tanto com o seu transporte, quanto com o controle das áreas de depósito, além de sofrer pressão social associada a este tema. Uma solução econômica e ecológica para a destinação de resíduos sólidos é reciclagem energética. O Brasil ainda possui baixos valores de reciclagem energética, porém, na Europa, EUA e Japão esta tecnologia é bem estabelecida. Além de criar novas matrizes energéticas, este processo permite reduzir em até 90% o volume de seus resíduos. Para esta linha de pesquisa, uma parceria foi estabelecida com Northeastern University (Boston, EUA). Os estudos abrangem os processos de combustão e pirólise de resíduos plásticos, bagaço da cana-de-açúcar e pneus usados.

O consumo anual de plásticos no Brasil é de aproximadamente 20 Kg/hab, sendo que nos Estados Unidos esse valor chega a 100 Kg/hab e na Europa a média é de 80 Kg/hab. O grande consumo de materiais plásticos gera uma crescente produção de resíduos, o que pode se tornar um problema, principalmente para cidades com problemas de espaço para a destinação dos resíduos sólidos urbanos.

A tradicional produção de açúcar associada à crescente produção de álcool (bioethanol) faz da indústria sucroalcooleira um dos principais segmentos da economia brasileira. A indústria brasileira é responsável por cerca de 50% nas exportações mundiais de açúcar, e detém a liderança absoluta na produção de álcool proveniente da cana-de-açúcar. Aproximadamente 630 milhões de toneladas de canade-açúcar foram processadas em 2009, gerando cerca de 142 milhões de toneladas de bagaço da cana. A indústria automobilística bateu recordes de produção em 2007, de acordo com a ANFAVEA (Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores), houve um crescimento de 13,9% na produção e de 27% nas vendas durante o ano.

A produção de pneus acompanha o crescimento da indústria automobilística. No ranking da produção mundial de pneus, o Brasil ocupa o sétimo lugar para automóveis e o quinto para caminhões, ônibus e caminhonetes. Somente em 2007, os fabricantes de pneus novos no Brasil colocaram no mercado 57,3 milhões de unidades.