Aproximadamente 400 bilhões de xícaras de café são consumidas globalmente a cada ano, resultando em aproximadamente 18 milhões de toneladas de borra de café úmida, o que equivale aproximadamente em peso a três pirâmides de Gizé. A grande maioria das borras de café vai para aterros sanitários. No entanto, estes resíduos orgânicos de elevada humidade têm potencial para serem convertidos em combustíveis, mas o seu elevado teor de água sempre foi um obstáculo técnico fundamental no processo de utilização económica.

A equipe de pesquisa científica do Instituto Coreano de Recursos Geológicos (KIGAM) anunciou recentemente que desenvolveu uma tecnologia pioneira no mundo de "Pirólise de Plasma de Chama" (FPP) que pode converter direta e rapidamente borras de café em biocombustíveis sólidos de alta qualidade quando ainda estão em um estado de alto teor de água. Todo o processo leva apenas cerca de 90 segundos, no mínimo. Essa tecnologia evapora instantaneamente a água pulverizando uma chama de plasma com temperatura de 800 a 900 graus Celsius, criando um efeito de inchaço semelhante ao de pipoca dentro das partículas, transformando rapidamente a estrutura do pó de café em biochar poroso (biochar).

A equipe de pesquisa científica afirmou que o desempenho do combustível deste novo biochar é próximo ao do carvão antracito, ao mesmo tempo que elimina completamente o processo de pré-secagem demorado e que consome energia no processo tradicional. Mais importante ainda, o processo FPP considera a umidade como um fator favorável e a converte em um ativador de vapor que promove reações e melhora a qualidade do produto, alcançando assim um processamento integrado de rápida carbonização e secagem, mantendo o alto teor de umidade das matérias-primas.

O artigo de pesquisa foi publicado na revista Chemical Engineering. O teor de umidade da borra de café utilizada no experimento é de cerca de 55%, o que ainda é um típico resíduo de alta umidade. Durante o processo, os pesquisadores utilizaram chama de plasma gerada pela combustão de gás liquefeito de petróleo (GLP) e ar comprimido para processar a borra de café úmida em condições normais de pressão. Demorou apenas 90 segundos para completar a secagem e carbonização, reduzindo a qualidade da matéria-prima em cerca de 83,3% e formando partículas de biochar com estrutura solta e porosa.

Os resultados dos testes mostram que o valor calorífico de baixo nível do biochar é de cerca de 29 MJ/kg, o que significa que cada quilograma de combustível queimado pode liberar 29 megajoules de energia térmica; em comparação, o valor calorífico da madeira comum é geralmente de 15 a 20 MJ/kg. O teor fixo de carbono do biochar quase triplicou, dos 15,6% originais para 46,2%, o que significa que uma proporção maior do material é convertida em estruturas de carbono de alta energia, o que é benéfico para melhorar a eficiência e durabilidade da combustão.

Em termos de desempenho ambiental, o processo FPP remove completamente os compostos de enxofre das matérias-primas e evita a emissão de óxidos de enxofre que podem facilmente causar chuva ácida e poluição do ar desde a fonte. A área superficial específica do material aumentou significativamente de apenas 1,5 m²/g para 115,4 m²/g, o que está próximo do nível de carvão ativado. Além de combustível, também tem aplicações potenciais como purificação de água, filtragem de ar e adsorção industrial. Ao mesmo tempo, o processo quase não produz fumo e alcatrão, ajudando a reduzir significativamente as emissões de poluentes secundários comuns nos processos tradicionais de conversão de biomassa.

A velocidade é outro destaque desta tecnologia. Os métodos tradicionais de conversão de biomassa, como carbonização hidrotérmica e torrefação, geralmente requerem tempos de processamento que variam de 30 minutos a 6 horas. O processo FPP do KIGAM leva apenas cerca de 90 segundos para concluir uma conversão semelhante, e a eficiência é cerca de 240 vezes mais rápida do que os processos tradicionais. Essa taxa de processamento ultra-alta torna mais realista e viável a utilização de recursos residuais em grande escala.

Vale a pena notar que este sistema também evita o problema comum de “alto consumo de energia” na tecnologia convencional de processamento de plasma. A equipe de pesquisa não usou equipamento de plasma elétrico de alto consumo de energia, mas usou combustão de GLP e ar comprimido para gerar plasma de chama, reduzindo assim o consumo geral de energia e ao mesmo tempo fornecendo as temperaturas extremamente altas necessárias para completar a conversão rápida. Este design melhora ainda mais a economia e a eficiência energética do processo.

A equipa de investigação científica destacou que a maior vantagem desta tecnologia é que “os materiais húmidos são alimentados directamente no forno”, o que elimina completamente o processo de secagem e deverá reduzir o consumo de energia e os custos operacionais de todo o sistema. Embora o atual objeto de pesquisa esteja focado na borra de café, o escopo de aplicação da tecnologia FPP não se limita a esta. No futuro, pode ser alargado a uma variedade de resíduos orgânicos com elevado teor de humidade, tais como resíduos alimentares, resíduos agrícolas e até mesmo lamas, tornando-se uma solução de transformação energética de resíduos amplamente aplicável.

Park Taijun (transliteração), o primeiro autor do artigo, disse: "Esta tecnologia fornece um novo paradigma, para que os resíduos não sejam mais considerados apenas um fardo a ser tratado, mas como um recurso energético valioso. Planejamos expandir este processo para categorias de resíduos orgânicos com maior teor de umidade e continuar a otimizar o processo para promover sua aplicação comercial em escala industrial." A equipe de pesquisa também enfatizou que o equipamento do sistema FPP é relativamente compacto e deverá ser implantado em um sistema local de "integração de energia residual" na fonte para obter processamento e fornecimento de energia no local.

De acordo com informações divulgadas pelo Instituto Coreano de Recursos Geológicos através da plataforma EurekAlert, a direção de desenvolvimento desta tecnologia se concentrará na estabilidade do processo, capacidades de operação contínua e otimização de parâmetros de diferentes tipos de resíduos. O objetivo é transformá-lo num dispositivo energético modular que possa ser promovido em múltiplos cenários, como tratamento de resíduos sólidos urbanos, gestão de resíduos agrícolas e estações de tratamento de esgotos, a médio e longo prazo, proporcionando um novo caminho técnico para a construção de um sistema de combustível sólido renovável mais limpo e mais eficiente.