Characterization of residues from plant biomass for use in energy generation

Paula, Luana Elis de Ramos e; Trugilho, Paulo Fernando; Napoli, Alfredo; Bianchi, Maria Lúcia

doi:10.1590/S0104-77602011000200012

Abstracts

The use of plant residues for energy purposes is already a reality, yet in order to ensure suitability and recommend a given material as being a good energy generator, it is necessary to characterize the material through chemical analysis and determine its calorific value. This research aimed to analyze different residues from plant biomass, characterizing them as potential sources for energy production. For the accomplishment of this study, the following residues were used: wood processing residue (sawdust and planer shavings); coffee bean parchment and coffee plant stem; bean stem and pod; soybean stem and pod; rice husk; corn leaf, stem, straw and cob; and sugar cane straw and bagasse. For residue characterization the following analyses were done: chemical analysis, immediate chemical analysis, calorific value and elemental analysis. All procedures were conducted at the Laboratory of Forest Biomass Energy of the Federal University of Lavras. In general, all residues showed potential for energetic use. Rice husk was found to have higher lignin content, which is an interesting attribute as far as energy production is concerned. Its high ash content, however, led to a reduction in calorific value and fixed carbon. The remaining residues were found to have similar energetic characteristics, with corn cob showing greater calorific value, followed by coffee plant stem, both also containing higher levels of carbon and fixed carbon. A high correlation was found of higher calorific value with volatile materials, carbon and hydrogen contents.

Lignocellulosic residues; chemical analysis; calorific value; bioenergy

A utilização de resíduos vegetais para fins energéticos já é uma realidade, porém, para afirmar e indicar um determinado material como bom gerador de energia, é necessário caracterizá-lo através de análises químicas e da determinação de seu valor calórico. Objetivou-se, com este trabalho, analisar diferentes resíduos de biomassa vegetal, caracterizando-os como potenciais para a produção de energia. Para a realização deste trabalho, foram utilizados os seguintes resíduos: resíduos do processamento da madeira (serragem e maravalha); pergaminho do grão e caule do cafeeiro; caule e vagem do feijão; caule e vagem da soja; casca de arroz; folha, caule, palha e sabugo de milho e palha e bagaço da cana-de-açúcar. Para a caracterização dos resíduos, foram realizadas as seguintes análises: análise química, análise química imediata, poder calorífico e análise elementar. Todas as análises foram conduzidas no Laboratório de Energia da Biomassa Florestal da Universidade Federal de Lavras. De forma geral, todos os resíduos apresentaram potencial para serem utilizados na produção de energia. A casca de arroz apresentou o maior teor de lignina, característica interessante para produção de energia. No entanto, o seu alto teor de cinza acarretou uma redução no poder calorífico e carbono fixo. Os demais resíduos apresentaram características semelhantes do ponto de vista energético, com destaque para o sabugo de milho, que apresentou maior poder calorífico, seguido do caule do café, ambos continham também maior quantidade de carbono e carbono fixo. O poder calorífico superior apresentou alta correlação com o teor de materiais voláteis, carbono e hidrogênio.

Resíduos lignocelulósicos; análise química; poder calorífico; bioenergia

Characterization of residues from plant biomass for use in energy generation

Caracterização de resíduos de biomassa vegetal para utilização energética

Luana Elis de Ramos e Paula^I; Paulo Fernando Trugilho^II; Alfredo Napoli^III; Maria Lúcia Bianchi^IV

^IForest Engineer, PhD candidate in Wood Science and Technology - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - luanafloresta@hotmail.com

^IIForest Engineer, Professor, Dr. in Forest Science - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - trugilho@dcf.ufla.br

^IIIMaterials Scientist, Researcher Dr. - CIRAD - BIOS Department - TAA-39 - Genetic diversity and breeding of forest species - 73 rue Jean-François Breton - 34398 - Montpellier, France - alfredo.napoli@cirad.fr

^IVChemist, Professor, Dr. in Chemistry - Departamento de Química - Universidade Federal de Lavras - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - bianchi@dqi.ufla.br

ABSTRACT

The use of plant residues for energy purposes is already a reality, yet in order to ensure suitability and recommend a given material as being a good energy generator, it is necessary to characterize the material through chemical analysis and determine its calorific value. This research aimed to analyze different residues from plant biomass, characterizing them as potential sources for energy production. For the accomplishment of this study, the following residues were used: wood processing residue (sawdust and planer shavings); coffee bean parchment and coffee plant stem; bean stem and pod; soybean stem and pod; rice husk; corn leaf, stem, straw and cob; and sugar cane straw and bagasse. For residue characterization the following analyses were done: chemical analysis, immediate chemical analysis, calorific value and elemental analysis. All procedures were conducted at the Laboratory of Forest Biomass Energy of the Federal University of Lavras. In general, all residues showed potential for energetic use. Rice husk was found to have higher lignin content, which is an interesting attribute as far as energy production is concerned. Its high ash content, however, led to a reduction in calorific value and fixed carbon. The remaining residues were found to have similar energetic characteristics, with corn cob showing greater calorific value, followed by coffee plant stem, both also containing higher levels of carbon and fixed carbon. A high correlation was found of higher calorific value with volatile materials, carbon and hydrogen contents.

Key words: Lignocellulosic residues, chemical analysis, calorific value, bioenergy.

RESUMO

A utilização de resíduos vegetais para fins energéticos já é uma realidade, porém, para afirmar e indicar um determinado material como bom gerador de energia, é necessário caracterizá-lo através de análises químicas e da determinação de seu valor calórico. Objetivou-se, com este trabalho, analisar diferentes resíduos de biomassa vegetal, caracterizando-os como potenciais para a produção de energia. Para a realização deste trabalho, foram utilizados os seguintes resíduos: resíduos do processamento da madeira (serragem e maravalha); pergaminho do grão e caule do cafeeiro; caule e vagem do feijão; caule e vagem da soja; casca de arroz; folha, caule, palha e sabugo de milho e palha e bagaço da cana-de-açúcar. Para a caracterização dos resíduos, foram realizadas as seguintes análises: análise química, análise química imediata, poder calorífico e análise elementar. Todas as análises foram conduzidas no Laboratório de Energia da Biomassa Florestal da Universidade Federal de Lavras. De forma geral, todos os resíduos apresentaram potencial para serem utilizados na produção de energia. A casca de arroz apresentou o maior teor de lignina, característica interessante para produção de energia. No entanto, o seu alto teor de cinza acarretou uma redução no poder calorífico e carbono fixo. Os demais resíduos apresentaram características semelhantes do ponto de vista energético, com destaque para o sabugo de milho, que apresentou maior poder calorífico, seguido do caule do café, ambos continham também maior quantidade de carbono e carbono fixo. O poder calorífico superior apresentou alta correlação com o teor de materiais voláteis, carbono e hidrogênio.

Palavras-chave: Resíduos lignocelulósicos, análise química, poder calorífico, bioenergia.

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5 REFERENCES

(received: March 15, 2010; accepted: February 25, 2011)

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Publication Dates

Publication in this collection
22 Sept 2014
Date of issue
June 2011

History

Received
15 Mar 2010
Accepted
25 Feb 2011

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