ESTUDO DO POTENCIAL DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR COMO UMA CONTRIBUIÇÃO AO PROCESSO DE PIRÓLISE DESTA BIOMASSA

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Alexandrino, A.C. (UFRN) ; Soares, L.A. (UFRN) ; Souza, C.P. (UFRN) ; Duarte, M.M.L. (UFRN)

Resumo

O objetivo desse trabalho foi verificar o potencial do bagaço da cana-de-açúcar na reação de pirólise lenta (carbonização) como forma de se obter produtos com maior valor agregado, determinando o rendimento e possíveis aplicações dos produtos gerados nessa reação. O bagaço utilizado foi produzido em Arês/RN pela indústria Estivas e caracterizado quanto aos teores de fibras, minerais e pela técnica de termogravimetria. A partir dos resultados obtidos foi possível prever a quantidade de cada produto gerado pela reação de carbonização dessa biomassa, e mostrar a viabilidade do processo para aproveitamento desse resíduo produzido em grande quantidade na agroindústria nacional.

Palavras chaves

bagaço da cana-de-açúcar; biomassa; pirólise

Introdução

O bagaço de cana-de-açúcar é um subproduto do último moinho das usinas e destilarias, que apresenta aproximadamente 30% de massa de cana e umidade em torno de 50% (SCHLITTLER, 2006). A aplicação do processo de pirólise se mostra uma ferramenta promissora, pois tem como base a conversão termoquímica em atmosfera não oxidante, contribuindo para a minimização do impacto ambiental e também para a geração adicional de produtos nas fases sólida (carvão vegetal), líquida (bio-óleo) e gasosa de apreciável valor econômico (insumos químicos e energéticos), os quais possuem aplicabilidade diversa: produção de energia, insumo em refinaria ou no preparo de carvão ativado (produto sólido) (KIMURA, 2009). A composição química da matéria-prima utilizada, que depende das condições climáticas a que esteve exposta a cana, é de fundamental importância na qualidade dos produtos finais obtidos na pirólise. As porções mais voláteis são favorecidas quando se tem maior teor de celulose e hemicelulose contidos na matéria-prima. Quando se tem um maior teor de lignina, obtém-se um alto rendimento de carvão fixo na porção sólida e bio-óleo (GOMES, 2010). Por isso, a análise do teor de fibras se torna indispensável para determinação do rendimento de cada produto no processo de pirólise. Além disso, a análise de termogravimetria mostra a decomposição da biomassa na atmosfera não oxidante e as faixas de temperaturas da formação de cada produto. Assim, este trabalho teve como objetivo verificar o potencial do bagaço da cana- de-açúcar para utilização no processo de pirólise, a fim de obter produtos com maior valor agregado, verificando o rendimento e possíveis aplicações dos produtos gerados nessa reação.

Material e métodos

O bagaço de cana-de-açúcar utilizado neste trabalho foi obtido da Usina Estivas, localizada na cidade de Arês (RN). O material foi inicialmente seco em estufa com circulação forçada de ar, durante 72 h a 65 ºC, em seguida foi triturado em um moinho de facas até a granulometria de 2 mm. Determinação de matéria seca: O resultado desta análise foi obtido através da diferença entre a massa do bagaço após o tempo de 12 h submetido à temperatura de 105 ºC em estufa e a massa do bagaço antes de passar por esse procedimento. Fibra em detergente neutro (FDN) e Fibra em detergente ácido (FDA): As fibras foram determinadas conforme metodologia descrita por Van Soest et al. (1991), utilizando determinador de fibra (ANKOM, Brasil). O teor de celulose, hemicelulose e lignina foi obtido com auxílio dos resultados encontrados em FDN e FDA. Determinação da matéria mineral (cinzas): O teor de cinza da amostra de bagaço de cana-de-açúcar foi determinado de acordo com o método descrito por Silva e Queiroz (2002). Termogravimetria (TG): A análise de TG foi obtida utilizando uma termobalança, efetuada sob fluxo de argônio (60 mL/min), e a faixa de temperatura estudada partiu de 25 até 800 °C, com taxa de aquecimento de 5 °C /min.

Resultado e discussão

Os resultados da composição química do bagaço da cana-de-açúcar (teor de umidade, matéria mineral, lignina, celulose e hemicelulose) estão apresentados na Figura 1. De acordo com os resultados encontrados, verificou-se que os componentes do bagaço de cana e suas composições mássicas encontradas são semelhantes a materiais descritos na literatura (Canilha et al 2007, Cunha, 1999; Pandey et al., 2000; Aguilar et al., 2002; Costa, 2005). Segundo Rocha, Pérez e Cortez (2004), o carvão obtido da pirólise é gerado principalmente pela lignina e celulose, o que somados dão mais de 50% da porcentagem em massa do bagaço de cana-de-açúcar. O Gráfico da Figura 2 mostra o teste de termogravimetria realizado, onde foi possível observar a perda de massa ao longo do tempo do processo e verificou-se que a fração sólida, carvão e cinza, obtida ao fim da carbonização foi de 30% em relação à massa inicial, esse material pode ser usado como combustível tanto diretamente na forma de briquetes ou como carvão-óleo ou lamas de carvão-água por possuir alto valor calorífico, ou pode ser usado como insumo para o preparo de carvão ativado.

Composição orgânica do bagaço da cana-de-açúcar.


Termograma do bagaço da cana-de-açúcar.

Conclusões

Tendo em vista os resultados encontrados neste estudo, pode-se concluir que o bagaço de cana-de-açúcar utilizado apresentou grande potencial para a produção de gases, bio-óleo e carvão, pois demonstrou composição química satisfatória, fundamental para a produção de materiais com boa qualidade podendo ser utilizados para diversas aplicações. Além de ser uma matéria-prima disponível em abundancia e assim apresentar baixo custo de produção.

Agradecimentos

Referências

AGUILAR, R.; RAMÍREZ, J.A.; GARROTE, G.; VÁSQUEZ, M.. “Kinetic study of the acid hydrolysis of sugarcane bagasse”. Journal of Food Engineering, 55: 304-318., 2002.
BRIDGWATER, AV. “Towards the ‘bio-refinery’ fast pyrolysis of biomass”. Renewable Energy World, Jamesx JamesEditores, Londres, vol. 4, No.1, Jan-Fev 2001.
CANILHA, L.; CARVALHO, W.; ROCHA, G.J.M.; ALMEIDA E SILVA, J.B.; GIULIETTI, M. “Caracterização do bagaço de cana-de-açúcar in natura, extraído com etanol ou ciclohexano/etanol” In: Congresso Brasileiro de Química, Natal/RN, 2007.
COSTA, S.M. “Caracterização de polpas químicas obtidas de um pré-tratamento biológico do bagaço de cana-de-açúcar em biorreatores de 20 L”. 2005.
CUNHA, H.C.M. “Caracterização do bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor: identificação de inibidores potenciais de processos fermentativos e enzimáticos.” Tese de Doutorado, Faculdade de Engenharia Química de Lorena, Lorena/SP, 1999.
GOMES, M. S., “Produção de bioóleo através do processo termoquímico de pirólise”. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Apresentado ao Curso de Tecnologia em Biocombustíveis, Faculdade de Tecnologia de Araçatuba, 2010.
KIMURA, L. M. “Uma contribuição à pirólise de biomassa: avaliação de alguns resíduos da agroindústria como fonte de energia alternativa.” 2010. 87 f. Dissertação (Mestrado)-Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia,2010.
PANDEY, A.; SOCCOL, C.R.; NIGAM, P.; SOCCOL, V.T. ‘Biotechnological potential of agro-industrial residues: sugarcane bagasse.” Bioresource Technology, 74: 69-80, 2000.
ROCHA, J.D.; PÉREZ, J.M.M.; CORTEZ, L.A.B. Aspectos Teóricos e Práticos do Processo de Pirólise de Biomassa, curso internacional “Energia na Indústria de Açúcar e Ácool” UNIFEI, Itajubá, 12-16 de julho de 2004.
SCHLITTLER, L. A. F. S. Engenharia de um bioprocesso para produção de etanol de bagaço de cana-de-açúcar. 2006. 174 f. Dissertação (Mestrado em Ciências) - Escola de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, Rio de Janeiro, 2006.
SILVA, D.J.; QUEIROZ, A.C. Análise de alimentos: métodos químicos e biológicos. 3.ed. Viçosa, MG: Editora UFV, 2002. 235p.
VAN SOEST, P.J.; ROBERTSON, J.B.; LEWIS, B.A., “Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition”. Journal of Dairy Science, v.74, n.10, p.3583-3597, 1991.