Aplicação da tecnologia de membranas poliméricas para purificação de biogás
Abstract
A elevada dependência de combustíveis fósseis para o abastecimento das necessidades energéticas mundiais vem causando inúmeros problemas ambientais, principalmente relacionados às mudanças climáticas, devido à crescente emissão de gases poluentes ao meio
ambiente. Nesse contexto, surge a necessidade emergente de busca por fontes de energia renováveis para atender a demanda mundial. O biogás, proveniente da digestão anaeróbia de biomassa, torna-se uma alternativa promissora em relação às energias não renováveis existentes. No entanto, para que o biogás possa ser aproveitado na forma de energia e calor, se
faz necessário sua purificação, a fim de remover as impurezas e aumentar sua eficiência. A introdução no mercado industrial de tecnologias de separação de gases, mais especificamente, do uso de membranas, é um dos meios de melhorar os processos de geração de energia alternativa que podem ser utilizadas posteriormente, com o mínimo impacto ao ecossistema
natural, no qual o ser humano encontra-se inserido. Nesse contexto, no presente trabalho, foi realizada a caracterização de membranas poliméricas comerciais por meio de diferentes métodos de análise, a fim de se conhecer as propriedades morfológicas do material para
aplicação em processos de purificação de gases. Foram realizados ensaios de permeação em escala laboratorial e em escala industrial, utilizando membranas comerciais de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) e, de Polisulfona (PSf) desenvolvidas pelo Laboratório de Pesquisa de Química dos Materiais (UCS), a fim de avaliar a permeabilidade e a capacidade seletiva das membranas para a finalidade desejada. Para os ensaios em escala laboratorial, foram
utilizados gases puros e misturas padrão de CO2 e CH4. Em planta industrial, foi utilizado biogás pré-tratado de digestão anaeróbia de produtos alimentícios. As membranas foram caracterizadas por Tg, DSC, FTIR, MEV e, quanto a permeabilidade e seletividade. As
análises da membrana comercial (PDMS) mostrou que a camada suporte é composta de poliéster e não de Polisulfona conforme especificação do fabricante. A membrana PSf 10’E apresentou a maior permeabilidade ao CH4 puro (122,8 Barrer) enquanto a PSf 20’E
apresentou maior permeabilidade para CO2 puro (307,0 Barrer). A membrana de PDMS destacou-se com a maior permeabilidade, com variação de 3164 a 12065 Barrer. Os ensaios de permeação utilizando membranas de PDMS apresentaram os melhores resultados na
separação de gases (melhor seletividade) a 6,0 kgf.cm
-2 em laboratório, onde foi obtido foi de 9,7 mols de CO2 e de 0,10 mols de CH4 no permeado para a mistura padrão 70%CH4 e 30% CO2. Em escala industrial, não foi possível obter resultados devido a presença de H2S na
alimentação, bem como de sujidades, que provocaram o fenômeno de fouling, além da oxidação dos materiais poliméricos e ruptura da membrana de PDMS.