Identificação de compostos voláteis do processo de torrefação de torta de canola sob diferentes condições.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Serafim, N.G.L. (UNIGRANRIO/INMETRO) ; Jesus, M.R. (INMETRO)

Resumo

A torrefação é uma das técnicas usadas para aumentar a densidade energética de biomassas devido à perda de voláteis de baixo valor energético. Entretanto o processo de torrefação ocorre a temperatura de 200-300ºC gerando alguns compostos orgânicos que apresentam elevado valor agregado. Neste trabalho combinamos o uso de peróxido de hidrogênio com temperaturas de aquecimento em torno de 150ºC no tratamento de biomassa residual de canola. Os compostos voláteis obtidos foram comparados com os obtidos pela torrefação a 300ºC. Os resultados mostraram que na temperatura de 150ºC ocorreu a formação de serinol, o que não ocorre a 300ºC, enquanto o peroxido de hidrogênio ajuda na formação de fenol a temperatura de 150ºC.

Palavras chaves

Torrefação; Serinol; Biomassa

Introdução

Torrefação é um método para a conversão térmica de biomassa operando em baixa de temperatura de 200-300 ° C sendo realizado sob atmosfera inerte. [Van der Stelt ET AL, 2011] A torrefação aumenta a densidade de energia, resistência à água e capacidade de retificação de biomassa e torna-o seguro contra a degradação biológica tornando mais fácil e econômica o transporte e armazenagem dos produtos torrado. Biomassa torrificada é considerada como a versão melhorada dos produtos de aglomerados de madeira e uma alternativa ambientalmente amigável para o carvão mineral. O processo de torrefação provoca a volatilização, despolimerização e carbonização dos componentes lignocelulósicos tornando a biomassa escura normalmente com coloração variando de marrom a preto. Tradicionalmente o processo de torrefação conserva ate 70% da massa original e 90% da energia da biomassa original. Podendo ter subprodutos: água, compostos orgânicos, lipídios, alcalóides. Entre os compostos mais encontrados estão: Àcido acético acido lático, furfural, acido fórmico, hydroxiacetona, metanol e fenóis [Tumurulu ET AL , 2011]. Alem disso é formado gases não condensáveis que servem de fonte de energia. Quanto maior a temperatura de torrefação maior teor energético tem o gás não condensável [Acharya ET AL, 2012].. Visando reduzir a temperatura de torrefação e verificar o efeito da adição de oxidantes, foram identificados os compostos orgânicos voláteis presentes no processo de torrefação 300ºC e do aquecimento a 150ºC, com e sem adição de peróxido de hidrogênio.

Material e métodos

A biomassa residual da extração de óleo de canola foi aquecida a duas temperaturas diferentes (150º e 300ºC) por 3 horas sob atmosfera de nitrogênio, sendo que 2 amostras foram adicionadas de H2O2 a 30%. Após esse processo o tubo foi resfriado e recolhido 1g de amostra para o vial de headspace juntamente com 0,01 grama de isopropanol. As amostras foram analisadas pelo método de Headspace com incubação a 80° c durante 45 minutos; temperatura da seringa 60°c, agitação 250 RPM; em cromatografia gasosa acoplada com espectrômetro de massa modelo GCMS-QP2010 com coluna capilar CP-52CB cera, comprimento 30 m, película fina 0,25 mM, diâmetro de 0,32 m; injeção direta; injetor temperatura: 250 º C; Programação da temperatura do forno: 60ºC-2min; 10°C/min ate 200 ° C; 5ºC/min ate 250ºC; 250º por 7 minutos.

Resultado e discussão

Com a torrefação da biomassa de canola a 150 °c o rendimento em média foi de 90% e a 300ºc o menor que 50%. Indicando uma elevada degradação acima de 150ºC provavelmente causada pela degradação de celulose. No gráfico 1, temos a análise por cromatografia das quatro amostras permitindo a comparação simultânea dos efeitos da temperatura e da presença de peróxido de hidrogênio. Foram analisados apenas os sinais mais significativos. . O sinal com tempo de retenção aproximadamente de 6,45 minutos existem de forma significativa nas amostras aquecidas a 150ºC com sinais de intensidade semelhante nas amostras com e sem peróxido. Pelos espectros de massa este sinal foi identificado como sendo 2-amino 1,3- propanodiol ou serinol. O serinol é um composto de elevado valor agregado, sendo um importante reagente para síntese orgânica. Outro sinal que aparece apenas nas amostras de 150ºC é encontrado em 8,92 minutos, que foi identificado como álcool furfurilico. Derivados de furfural são formados da degradação de pentoses e hexoses derivados da degradação da celulose e hemicelulose. O pico em 7,11 e 13,37 minutos aparecem apenas nas amostras a 300ºC, portanto se formando apenas em elevadas temperaturas, em comparação com a biblioteca o primeiro sinal foi identificado como pirrol. O pirrol é formado principalmente na pirolise na presença de proteínas. O sinal em 13,37 minutos foi identificado como o p-metil fenol( p-cresol). Os derivados fenólicos são provenientes da despolimerização da lignina que ocorre em temperaturas acima de 200ºC. O sinal obtido em 12,62 minutos foi identificado como fenol tanto nas amostras a 300°C como nas amostras a 150ºC contendo peróxido de hidrogênio, indicando que o peróxido de hidrogênio pode ajudar no processo de despolimerização da lignina.

Cromatograma das amostras por CG-MS usando headspace

Conclusões

Os resultados mostram que os produtos orgânicos gerados são significativamente distintos quando comparamos ambas as temperaturas de trabalho. A adição de peróxido de hidrogênio não aproximou os resultados do tratamento a 150ºC dos processados a 300ºC. A exceção de fenol que foi identificado nas tortas a 150ºC com peróxido, e em 300ºC sem peróxido. Alem disso a 150ºC a biomassa de canola apresentou a formação de do serinol, que apresenta-se com um grande potencial de aplicação em química fina.

Agradecimentos

Inmetro e CNPQ pelo fomento fornecido

Referências

Van der Stelt, M. J. C., Gerhauser, H., Kiel, J. H. A., & Ptasinski, K. J. (2011). Biomass upgrading by torrefaction for the production of biofuels: a review. Biomass and Bioenergy, 35(9), 3748-3762.

SHANKAR TUMULURU, Jaya et al. REVIEW: A review on biomass torrefaction process and product properties for energy applications. Industrial Biotechnology, v. 7, n. 5, p. 384-401, 2011.


ACHARYA, Bimal; SULE, Idris; DUTTA, Animesh. A review on advances of torrefaction technologies for biomass processing. Biomass Conversion and Biorefinery, v. 2, n. 4, p. 349-369, 2012.