Sobre a tecnologia de tratamento de gás de combustão por feixe de eletrões: o conceito de operação, principais desafios, e estado da arte em desempenho

 O gás de combustão emitido pela combustão de combustível em unidades industriais de geração de eletricidade contém vários poluentes atmosféricos (SO₂, NO, NO₂, Hg e VOCs). Em particular, óxidos de enxofre e óxidos de azoto, euquanto componentes principais dos gases de combustão , contribuem significativamente para a formação de chuva ácida e neblinas[3]. SO₂ e NOx também podem reagir com outras substâncias para formar partículas finas ou causar diretamente doenças respiratórias e cardíacas em humanos [4-7].

Devido à importância da poluição atmosférica causada por estes poluentes, tem havido um interesse crescente na conservação da qualidade do ar. Como resultado, regulamentos rígidos foram estabelecidos e implementados em todo o mundo. Para atender às rígidas regulamentações ambientais, especialmente para SO₂ e NOx, várias tecnologias de controle de qualidade do ar (...) têm sido usadas.

No processo de feixe de eletrões (eléctrons), estes são acelerados por alta voltagem no vácuo e, em seguida, injetados no reator através de uma janela de filme fino (folha de Ti). Durante a ionização pelo feixe de eletrões, eletrões ionizados são gerados para produzir o plasma que pode remover vários tipos de moléculas contaminantes, como NOx, SOx e VOCs. 

Esquema conceptual do tratamento de gás 

de combustão por feixe de eletrões

Quando o feixe de eletrões é irradiado, os eletrões primários gerados penetram na substância alvo por meio da interação com o material e transmitem energia à substância. A energia dada a uma substância causa excitação ou ionização da molécula que por sua vez provova uma reação química [34], [107]. Portanto, quando o feixe de eletrões é irradiado para o gás de combustão, os eletrões primários ionizam o componente do gás, e uma série de espécies reativas e eletrões secundários são formados [5], [34], [108].

(...) Com base nos resultados de vários estudos em escala de laboratório a piloto, unidades em escala industrial foram construídas e operadas na China, Japão e Polónia. Entre elas, a primeira unidade em escala industrial construída no mundo é a China Chengdu EBA, e (...) foi comissionada com sucesso em 1998. A eficiência real de remoção de SO2 foi de 80%, e a eficiência de remoção de NOx foi de 18% [36], [98], [ 99], [121], [134]. A segunda (terceira no mundo) planta industrial na China é o Xielian EBA (acelerador de feixe de eletrões) em Hangzhou. A unidade passou no teste de aceitação no final de 2002. A eficiência de remoção foi de 85% para SO₂ e 55% para NOx, que é maior do que a planta de Chengdu. Porém, ocorreram problemas no ESP (coleta de subprodutos durante a operação) e no acelerador. Além disso, ocorreu corrosão do material metálico. Além disso, os altos custos de construção e o consumo de energia são um grande problema na aplicação desse processo a locais reais [98], [99].

Aspeto de uma unidade tratamento de gás de combustão por feixe de eletrões.

Devido às vantagens de alta eficiência de remoção e custo operacional relativamente baixo em comparação com as instalações existentes, a tecnologia de feixe de eletrões atraiu a atenção como uma tecnologia alternativa. (...) No entanto, descobriu-se que se usada sozinha, esta técnica é limitada em termos de economia e eficiência de remoção (especialmente NOx).

(...) Assim, o desenvolvimento do acelerador de eletrões de alta potência deve ser continuado para controlar o tratamento de gases de combustão de unidades industriais de grande escala por uma questão de melhoria da sua economia, confiabilidade e compactação.

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Fonte: J.-H. Park, J.-W. Ahn, K.-H. Kim, Y.-S. Son, Historic and futuristic review of electron beam technology for the treatment of SO2 and NOx in flue gas, Chemical Engineering Journal, 355 (2019) 351-366.

 

De acordo com a E Tron Technologies, a tecnologia de feixe de eletrões consegue atualmente remover pelo menos 95% dos dióxidos de enxofre e até 90% dos dióxidos de azoto dos gases de combustão, tornando-a competitiva, senão mais eficientes do que os tratamentos convencionais.