Estudos de adsorção de CO2 gasoso em biocarvão (Biochar)

Abstract

Os elevados níveis actuais da concentração de CO2 na atmosfera terrestre constituem um enorme motivo de preocupação das populações e dos governos da maioria das nações a nível mundial. O seu efeito na alteração das condições de equilíbrio da natureza manifesta-se na promoção do fenómeno de efeito de estufa cuja consequência é traduzida no aquecimento global do planeta. Assim, a comunidade científica mundial coloca uma importância fulcral na procura de soluções para a resolução deste problema ambiental com a máxima urgência possível. Neste sentido, verifica-se que diversos investigadores têm focado o seu esforço e dedicação profissional na procura de materiais capazes de promover a remoção de CO2 da atmosfera terrestre podendo ainda funcionar como filtros ambientais na prevenção de emissões de gases de efeito de estufa em unidades industriais e terrenos agrícolas. No entanto, um dos principais desafios colocados ao sucesso desta iniciativa resulta da necessidade de viabilidade económica dos sistemas de captura e dos materiais desenvolvidos para o fim mencionado. Neste sentido, surge o interesse pela utilização de materiais naturais com características muito promissoras para a sua aplicação como sequestradores de CO2 e de outros gases de efeito de estufa. Deste modo, entre os diversos materiais naturais existentes, o biochar assume-se como uma alternativa natural e pouco dispendiosa e cujas propriedades físicas e químicas têm evidenciado uma enorme capacidade de captura e sequestro de CO2 em simultâneo com uma grande aplicabilidade agrícola. O uso de biochar na melhoria da produtividade agrícola acresce valor a este processo de Captura e Armazenamento de Carbono (Carbon Capture and Storage, CCS) representando a aplicação mais antiga deste material, visando o seu uso como aditivo agrícola, controlador de pragas, suporte de protecção à microflora e microfauna dos ecossistemas do solo e como corrector químico do pH deste último. Assim, o objectivo deste trabalho baseia-se no preenchimento de uma lacuna no conhecimento das vantagens de utilização deste material natural para a mitigação das alterações climáticas. Neste sentido, o presente trabalho dirige-se ao estudo da capacidade de adsorção de CO2 em duas amostras de biochar provenientes de fontes de biomassa totalmente distintas: madeira de pinheiro e choupo (amostra de biochar PG) e lamas de digestores anaeróbios de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais, ETAR (amostra de biochar FL). No sentido de ampliar o âmbito deste trabalho procedeu-se ainda ao estudo das amostras de biochar acima indicadas após a adição de diferentes fertilizantes vulgarmente utilizados na prática agrícola e que poderiam alterar a capacidade de cada tipo de biochar para a captura e o sequestro de CO2 no solo.

Carlos M. F. Dias Resumo DQ-FCTUC x A discussão centrou-se pois na interpretação das diferenças na capacidade de adsorção de CO2 dos dois tipos de biochar utilizados em função da sua natureza morfológica, bem como, da sua cristalinidade, composição química e presença de grupos funcionais. De modo a compreender e interpretar o comportamento das diferentes amostras de biochar utilizadas procedeu-se então à caracterização das mesmas com recurso a diversas técnicas analíticas espectroscópicas e microscópicas. Os principais resultados obtidos da realização deste trabalho permitem afirmar que a natureza dos dois tipos de biochar estudados, (biochar PG e biochar FL), contribui decisivamente para um comportamento distinto das mesmas no que diz respeito à sua capacidade de adsorção de CO2. Assim, as amostras de biochar PG evidenciam uma capacidade de captura e sequestro de CO2 muito elevada em comparação com as amostras de biochar FL, sendo que, em ambos os casos, a adição de um fertilizante traduz-se num efeito de redução da capacidade de captura de CO2 mas à simultânea intensificação da sua capacidade de sequestro do CO2. As principais conclusões do trabalho apontam para a selecção do tipo de biochar PG como o melhor material estudado para aplicação em sistemas de captura e sequestro de CO2. Além disso, a adição de um material fertilizante melhora apenas a sua capacidade de retenção de CO2. A interpretação dos resultados experimentais obtidos do uso das diversas técnicas analíticas de caracterização destas duas qualidades de biochar foi cuidadosamente realizada e fundamenta a explicação do seu diferente desempenho para a captura e sequestro de CO2. De acordo com a finalidade deste trabalho o presente documento encontra-se dividido em seis capítulos. No Capítulo I são enunciadas as características do dióxido de carbono como substância química alvo do estudo a realizar, bem como, as diferentes tecnologias actualmente disponíveis para a remoção de CO2 de diversas fontes emissoras, tais como, as diferentes indústrias e a própria atmosfera. Neste capítulo procede-se ainda à descrição da origem e natureza do biochar enquanto material natural, assim como, as diferentes técnicas de produção deste tipo de material. O Capítulo II fornece a informação necessária para a completa compreensão do objectivo deste trabalho procedendo-se ainda à descrição do plano de trabalho que lhe está subjacente. O Capítulo III remete para a descrição do procedimento experimental efectuado no decurso da preparação das amostras utilizadas, bem como, na descrição sumária das diversas técnicas e equipamentos utilizados para a caracterização das amostras de biochar analisadas. O Capítulo IV dirige-se à apresentação e discussão dos diversos resultados experimentais obtidos. A discussão destes resultados é baseada na informação extraída da aplicação das diversas técnicas de caracterização analítica por microscopia e espectroscopia, assim como, de algumas fontes bibliográficas da literatura científica recente nos tópicos em causa. Neste capítulo procede-se à interpretação do comportamento do material presente em

Carlos M. F. Dias Resumo DQ-FCTUC xi todas as amostras de biochar utilizadas no sentido de compreender e explicar as diferenças observadas na capacidade de adsorção de CO2 pelas mesmas. Por fim, no Capítulo V estabelecem-se as principais conclusões deste trabalho baseadas na interpretação da análise dos resultados experimentais obtidos e das indicações da literatura existente. Por outro lado, enuncia-se um conjunto de perspectivas futuras do presente trabalho indicando alguns caminhos de investigação a seguir no sentido de aprofundar o conhecimento científico do uso de biochar como material natural de melhoramento da qualidade dos solos e de agente mitigador das alterações climáticas.