ÁREA
Físico-Química
Autores
Alves Nogueira, J.C. (UFCG) ; Silva de Araújo, L. (UFCG) ; Freitas Lima Araujo, A. (UFCG) ; Macedo de Melo, L. (UFCG) ; Barros Aquino, C. (UFPE) ; Farias Barros, J.M. (UFCG)
RESUMO
Resíduos resultantes do manejo agrícola e da pecuária são gerados em grande volume e a disposição imprópria destes resíduos contribui com a geração de GEE. Este trabalho teve a finalidade de realizar a pirólise analítica da biomassa do sisal Agave sisalana e da casca do maracujá (Passiflora edulis Sims flavicarpa Deg) encontrado na região do curimataú paraibano e sua potencial aplicação na produção de bio-óleos. Os resultados apresentaram que ambas biomassas apresentam composição imediata e bioquímica dentro dos padrões para conversão em energia. Os resultados dos processos de pirólise foram bastante promissores onde houve uma produção significativa de hidrocarbonetos saturados e insaturados com cadeias contendo números de carbono na faixa da gasolina e querosene.
Palavras Chaves
Biomassa lignocelulósica; Pirólise; Bioenergia
Introdução
O grande consumo de energia ocasionado pelo crescimento econômico provocado pelo aumento do nível da melhoria da qualidade de vida da sociedade acarreta em um preocupante esgotamento dos recursos energéticos existentes atualmente em todo o mundo. Todavia, em consequência dessas ações, o uso das fontes de energias renováveis nos dias atuais, vem crescendo consideravelmente em todo o mundo, principalmente nos países desenvolvidos. Este aumento está diretamente relacionado à alta demanda de energia que a sociedade dos tempos atuais requer e à preservação ambiental [01]. Com o objetivo de reduzir a emissão de gases poluentes, buscam-se formas alternativas que possam substituir as fontes não renováveis como os combustíveis fósseis, promovendo um maior balanceamento da matriz energética global. No Brasil o uso de energia renovável vem aumentando gradativamente. De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU), o Brasil encontra-se no ranking dos maiores investidores de energias renováveis do mundo [02]. Dentre as fontes naturais de energia destaca-se a produção e utilização energética da biomassa lignocelulósica. O Brasil tem uma grande produção agrícola totalizando cerca de 60 milhões de hectares, gerando toneladas debiomassa lignocelulósica que poderiam ser utilizadas para a produção de energia, agregando assim, um maior valor as cadeias produtivas e a uma redução dos impactos ambientais [03]. Dentre os processos de conversão termoquímicos, há atualmente um grande interesse por países da Europa, que investem cerca de 12 milhões de dólares por ano na tecnologia de pirólise [04], neste caso a pirólise rápida de biomassa devido a sua produção eficiente de líquidos. De todo o material produzido pela pirólise de biomassa o principal produto de interesse é o bio-óleo que pode ser usado tanto para a produção de biocombustível quanto para diferentes produtos químicos, ele é constituído em sua maioria por uma complexa mistura de produtos oxigenados além de uma quantidade significativa de água, porém, a sua composição varia de acordo com o tipo de biomassa e com as condições gerais do processo pirolítico [05]. A partir dessa ideia, o presente estudo destinou-se a caracterizar as biomassas de sisal e maracujá encontradas na região do Curimataú paraibano e a avaliar suas potenciais aplicações na obtenção de bio-óleos via pirólise térmica.
Material e métodos
As biomassas em estudo neste projeto foram coletadas na localidade do Sitío Alto situado no município de Cuité/PB. Depois da coleta os materiais foram secos ao sol até apresentarem aparência livre de umidade, este processo de secagem levou entre 4 a 5 dias. As biomassas secas ao sol foram moídas num moinho de facas com peneira de 30 mesh. Após o processo de secagem seguiram para caracterização quanto a sua composição lignocelulósica de acordo com o Protocolo Embrapa algodão Nº 236. Caracterização ds biomassas Pirólise da biomassa A pirólise rápida das biomassas foi realizada no pirolisador CDS 5200 HP-R Analytical, na temperatura de 600°C. A biomassa foi inserida em um tubo de quartzo com lã de vidro adicionada em suas extremidades, e aquecida rapidamente por um filamento de platina que envolvia o tubo. Os vapores produzidos pela decomposição térmica do material foram arrastados através do fluxo de gás hélio de 50 mL min-1. O equipamento foi acoplado a um cromatógrafo GC-MS QP 2010 da shimadzu, com uma coluna cromatográfica SHR5XLB de 30 metros de comprimento e com 0,25 mm de diâmetro. A programação de temperatura de aquecimento da coluna foi ajustada para iniciar as análises a 40ºC, permanecendo nessa temperatura durante 4 minutos, em seguida foi aquecida a 10ºC min-1 até 600ºC, permanecendo por 14,50 minutos. Os resultados desta pesquisa foram avaliados através da tentativa de investigação dos compostos pelas bibliotecas comerciais de espectros de massas Wiley NBS e NIST. Já a questão da avaliação semi quantitativa foi baseada no método da normalização interna, que considera a soma das áreas cromatográficas como 100% da amostra e a área do pico de cada composto foi calculada pela relação do total de áreas.
Resultado e discussão
Caracterização das biomassas
A partir dos resultados apresentados temos que a umidade de ambas biomassas foi
inferior a 10%, que é um limite aceitável para a conversão de biomassa em
processos termoquímicos. O alto teor de umidade prejudica o comportamento
combustível do material, fazendo com que haja perda energia para que a biomassa
úmida reduza sua umidade e comece a produzir calor [06]. O teor de cinzas está
dentro dos níveis esperados para biomassas lignocelulósicas, uma vez que está
entre 0,1 e 16%. O conteúdo de cinzas afeta a taxa de combustão na amostra
de biomassa, para os resíduos da colheita agrícola o percentual da composição de
cinzas pode variar entre 2-10% [04]. Os altos teores de hemicelulose e celulose,
principais fontes de voláteis, apresentados em ambas as biomassas, podem indicar
que o sisal e a casca do maracujá são adequados para obtenção de
biocombustíveis, através do processo termoquímico de pirólise [07].
Pirólise térmica das biomassas em estudo
Foram realizados experimentos de pirólise para a avaliação da produção de
compostos químicos a partir das biomassas em estudo na temperatura de 600oC. Os
processos de pirólise de biomassas são bastante complexos e dependem de
diferentes fatores, destacando-se entre eles a composição lignocelulósica, sendo
cada componente uma macromolécula que se degrada de forma bastante complexa. Os
compostos produzidos são resultados de diferentes reações paralelas,
consecutivas e competitivas, além de reagirem entre si por meio de reações
secundárias [06]. Seja qual for a biomassa estudada, o bio-óleo resultante desta
apresenta composição bem variada. Diferentes grupos orgânicos como ácidos,
álcoois, cetonas, aldeídos, além de açúcares, furanos e fenóis estão presentes
no bio-óleo [08]. Os produtos obtidos a partir da pirólise térmica das biomasas
sisal e casca do maracujá foram organizados e classificados em cinco grupos:
CO2, hidrocarbonetos, compostos oxigenados, compostos nitrogenados e produtos
não identificados. Os rendimentos a estes principais produtos obtidos na
temperatura de pirólise de 600oC para ambas biomassas estudadas estão
apresentados na Figuras 01.
Os resultados mostram que a pirólise térmica das biomassas apresenta uma
distribuição dos produtos diferente entre o sisal e a casca do maracujá. Para a
biomassa casca do maracujá há uma menor formação de CO2 e oxigenados e uma maior
produção de nitrogenados e de forma bem significativa um elevado rendimento a
hidrocarbonetos quando comparado ao sisal. A Figuras 02 apresentam o rendimento
versus hidrocarbonetos e compostos oxigenados obtidos das biomassa
sisal e casca da maracujá na temperatura 600°C , respectivamente.
A composição lignocelulósica de cada biomassa em estudo é o que determina as
diferenças na distribuição de produtos através da pirólise. Diante dos
resultados obtidos, o processo da pirólise do sisal na temperatura estudada
promove a degradação principalmente da celulose e lignina explicando o elevado
rendimento a cetonas e aromáticos [09]. Já a biomassa casca do maracujá através
da pirólise térmica produz mais fenóis, resultantes da degradação da lignina e
hidrocarbonetos insaturados que deve-se provavelmente a reações secundárias de
craqueamento de ácidos orgânicos de alto peso molecular oriundos da degradação
primária dos componentes lignocelulósicos [10]. De forma geral à distribuição
dos produtos obtidos a partir do processo de pirólise das biomassas sisal e
casca do maracujá apresenta a produção de compostos como ácidos carboxílicos e
álcoois que pode ser um indicativo da ocorrência de reações secundárias de
craqueamento nestas biomassas [11]. O rendimento a fenóis e cetonas observados
em ambas biomassas é um forte indicativo de que a pirólise térmica a 600oC
promove a degradação da lignina e da celulose. Como hidrogênio pode ser
produzido através da desidrogenação de carboidratos ou de hidrocarbonetos e da
descarbonilação de espécies parcialmente desidratadas, reações estas que
acontecem durante a degradação da composição lignocelulósica, a formação de
hidrocarbonetos saturados pode ser devido a reações de hidrogenações [12]. Estas
reações predominam na pirólise da casca do maracujá uma vez que a produção de
saturados é bem mais evidenciada nesta biomassa. A casca do maracujá apresenta
um percentual de extrativo bem superior ao obtido pelo sisal, o que pode
justificar, para essa biomassa um maior rendimento a hidrocarbonetos, já que a
produção desses compostos pode se dar a partir da desoxigenação dos ácidos
graxos.
Rendimento versus compostos obtidos da pirólise \r\ntérmica das biomassa sisal e casca da maracujá na \r\ntemperatura 600°C.
Rendimento versus hidrocarbonetos e oxigenados \r\nobtidos a partir da pirólise térmica das biomassa \r\nsisal e casca da maracujá na temperatura 600°C.
Conclusões
Os resultados da caracterização das biomassas obtidas a partir do sisal e casca do maracujá mostraram que ambas apresentam potencial para a produção de bio-óleo por apresentarem elevados teores de voláteis. Os valores encontrados quanto ao teor de cinzas, umidade e carbono fixo confirmam as mesmas estão de acordo com outras biomassas lignocelulósicas estudadas como possíveis matérias-primas para produção de bio-óleo. A matriz lignocelulósica das biomassas estudadas é degradada produzindo diferentes hidrocarbonetos e oxigenados, principalmente. A produção de instaurados foi atribuída a reações de descarbonilação de ácidos graxos que acontece principalmente na biomassa casca do maracujá por essa apresentar um maior teor de extrativos.
Agradecimentos
O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – Brasil”. Por meio do Programa CNPq- PIVITI/UFCG.
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