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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38891
Tipo: Dissertação
Título: Estudo dos parâmetros cinéticos da combustão de resíduos provenientes da indústria cervejeira
Autor(es): Plácido Júnior, Sidney de Souza
Orientador: Andersen, Silvia Layara Floriani
Coorientador: Alves, José Luiz Francisco
Membro da Banca: Mendes, Gabriela Paupitz
Membro da Banca: Sena, Rennio Felix de
Membro da Banca: Silva, Jean Constantino Gomes da
Resumo: O Brasil destaca-se entre os maiores produtores e consumidores de cerveja do mundo; entretanto, essa cadeia produtiva gera subprodutos lignocelulósicos, como o bagaço de malte e o bagaço de lúpulo, que frequentemente são descartados de forma inadequada, contribuindo para a emissão de gases de efeito estufa. Em paralelo, biomassas regionais de baixo custo, como a madeira de algaroba, continuam amplamente empregadas como combustíveis sólidos em caldeiras de empresas do setor cervejeiro, embora apresentem limitações de eficiência. Nesse contexto, o aproveitamento energético desses subprodutos lignocelulósicos por meio de rotas de conversão termoquímica para a produção de bioenergia alinha-se aos princípios da bioeconomia circular. O objetivo deste estudo é investigar o potencial energético do bagaço de malte (BM), bagaço de lúpulo (BL) e madeira de algaroba (MA) por meio de caracterização físico-química, modelagem cinética multicomponente e estimativa dos parâmetros termodinâmicos do processo de combustão, visando aprimorar seu uso como combustível sólido para a produção de bioenergia. A caracterização físico-química das biomassas foi realizada por meio de análise elementar, análise imediata, determinação do poder calorífico, avaliação das densidades aparente e energética, além da análise da composição química das cinzas. Os subprodutos lignocelulósicos apresentaram teores aceitáveis de cinzas (5,6 – 12,18%), elevados teores de materiais voláteis (71,29 – 79,06%) e teores moderados de carbono fixo entre 8,76 e 18,91%, indicando comportamento compatível com combustíveis sólidos de boa reatividade térmica. O poder calorífico variou entre 18,18 e 22,35 MJ kg−1, níveis comparáveis ou superiores aos de outras biomassas utilizadas em sistemas de combustão. A densidade aparente variou entre 222,67 e 358,67 kg m−3, o que reflete boas condições para logística e armazenamento. A composição inorgânica das cinzas indicou a predominância de Si, K, Ca, Mg e P, com variações relativas entre as biomassas. A análise cinética multicomponente identificou cinco pseudo-componentes em todos os subprodutos lignocelulósicos, permitindo a determinação do tripleto cinético por métodos isoconversionais, do efeito de compensação cinética e de gráficos mestres integrais. A energia de ativação estimada pelos métodos isoconversionais de Flynn–Wall–Ozawa, Kissinger–Akahira–Sunose, Starink e Friedman apresentou valores entre 90,33 e 177,40 kJ mol−1, refletindo as diferenças intrínsecas nas reações de decomposição térmica de pseudo-extrativos, pseudo-hemicelulose, pseudo-celulose, pseudo-lignina e pseudo-biocarvão. O método de compensação cinética permitiu estimar fatores pré-exponenciais de ordem de magnitude elevada, entre 10¹³ e 10²⁰ s−1. A definição do modelo de reação por meio de gráficos mestres integrais apontou a predominância de mecanismos de ordem n e de modelos de contração volumétrica. Os parâmetros termodinâmicos de ativação (ΔH≠, ΔS≠ e ΔG≠) confirmaram que as três biomassas apresentam perfis energéticos favoráveis à produção de bioenergia, com barreiras energéticas compatíveis com a operação industrial em sistemas de combustão. Em conclusão, os resultados demonstram que os subprodutos lignocelulósicos investigados apresentam desempenho adequado para uso como combustíveis sólidos, reforçando a viabilidade da produção de bioenergia e contribuindo para a diversificação da matriz energética renovável, em consonância com os princípios da economia circular e da mitigação dos impactos ambientais da atividade cervejeira.
Abstract: Brazil stands out as one of the world’s largest beer producers and consumers; however, this production chain generates lignocellulosic by-products, such as spent malt grains and hop residues, which are often improperly discarded, contributing to greenhouse gas emissions. In parallel, low-cost regional biomasses, such as mesquite wood, remain widely used as solid fuels in boilers of breweries, despite their efficiency limitations. In this context, the energy recovery of these lignocellulosic by-products through thermochemical conversion routes for bioenergy production aligns with the principles of the circular bioeconomy. The objective of this study is to investigate the energy potential of malt bagasse (MB), hop bagasse (BL), and mesquite wood (MA) through physicochemical characterization, multicomponent kinetic modeling, and estimation of the thermodynamic parameters of the combustion process, aiming to improve their use as solid fuels for bioenergy production. The physicochemical characterization of the biomasses was performed through elemental analysis, proximate analysis, calorific value determination, evaluation of bulk and energy densities, as well as analysis of the chemical composition of the ashes. The lignocellulosic by-products presented acceptable ash contents (5.6 – 12.18%), high volatile matter contents (71.29 – 79.06%), and moderate fixed carbon levels between 8.76 and 18.91%, indicating behavior compatible with solid fuels of good thermal reactivity. The calorific value ranged from 18.18 to 22.35 MJ kg⁻¹, levels comparable to or higher than those of other biomasses used in combustion systems. The bulk density ranged from 222.67 to 358.67 kg m⁻³, reflecting good conditions for logistics and storage. The inorganic composition of the ashes indicated the predominance of Si, K, Ca, Mg, and P, with relative variations among the biomasses. The multicomponent kinetic analysis identified five pseudocomponents in all lignocellulosic by-products, enabling the determination of the kinetic triplet through isoconversional methods, kinetic compensation effects, and integral master plots. The activation energy estimated by the Flynn–Wall–Ozawa, Kissinger–Akahira–Sunose, Starink, and Friedman isoconversional methods ranged from 90.33 to 177.40 kJ mol⁻¹, reflecting the intrinsic differences in the thermal decomposition reactions of pseudo-extractives, pseudo-hemicellulose, pseudo-cellulose, pseudo-lignin, and pseudo-biochar. The kinetic compensation method allowed the estimation of high-magnitude pre-exponential factors, between 10¹³ and 10²⁰ s⁻¹. Reaction model definition through integral master plots indicated the predominance of n-order mechanisms and volumetric contraction models. The thermodynamic activation parameters (ΔH≠, ΔS≠, and ΔG≠) confirmed that the three biomasses exhibit energy profiles favorable for bioenergy production, with energy barriers compatible with industrial operation in combustion systems. In conclusion, the results demonstrate that the investigated lignocellulosic by-products exhibit suitable performance for use as solid fuels, reinforcing the feasibility of bioenergy production and contributing to the diversification of the renewable energy matrix, in line with the principles of circular economy and the mitigation of environmental impacts from brewery activities.
Palavras-chave: Malte
Lúpulo
Cinética
Energias renováveis
Combustão
Malt
Hop
Kinetics
Renewable energy
Combustion
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia de Energias Renováveis
Programa: Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38891
Data do documento: 11-Dez-2025
Aparece nas coleções:Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) - Programa de Pós-Graduação em Energias Renováveis



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