Valorização de resíduos agroindustriais de café e algodão para produção de bio-óleo e biochar

Abstract

É essencial hoje em dia e especialmente para um futuro próximo atender a demanda de energia e oferecer uma alternativa de fontes renováveis que não prejudiquem o meio ambiente. Os resíduos agroindustriais são materiais amplamente disponíveis e apresentam potencial para serem aplicados como fonte de energia em diferentes processos industriais, reduzindo significativamente os custos associados aos mesmos. A borra residual do café e a semente de algodão são resíduos com alto conteúdo lignocelulósico, o que os torna atrativos para aplicação em tecnologias termoquímicas como a pirólise, que consiste na conversão de biomassa em energia e produtos químicos de valor agregado. Neste trabalho foi realizado o estudo da pirólise da borra residual do café e semente de algodão. Estas biomassas foram submetidas à pirólise em leito fixo com fluxo de nitrogênio, gerando bio-óleo, gases e biochar. Os principais produtos (bio-óleo e biochar) foram detalhadamente estudados. Nos bio-óleos, através da análise por cromatografia gasosa bidimensional, foram encontrados compostos de grande importância para a indústria química, alimentícia, farmacêutica, para biocombustíveis e alternativas de derivados do petróleo, como exemplo, ácidos graxos e hidrocarbonetos identificados no bio-óleo da borra residual do café, e um grande teor de compostos fenólicos e nitrogenados, para o bio-óleo da semente de algodão. As biomassas e os biochars foram caracterizados por diversas técnicas (análise elementar, poder calorífico, teor de cinzas, SEM, FT-IR, etc). Os biochars foram modificados por dois distintos processos de ativação química e testados para uso como adsorvente na remoção do corante catiónico azul de metileno em solução aquosa. Os resultados para os testes de adsorção mostraram-se muito promissores. A capacidade dos biochars ativados, na adsorção do corante ficaram muito próximas de resultados obtidos para o carvão ativado comercial. Os biochars também demonstraram boas características, como o alto poder calorífico, que sugerem sua aplicação como substituintes de combustíveis fósseis sólidos. Os produtos da pirólise, bio-óleo e o biochar, de ambas as biomassas, apresentaram resultados que promovem a valorização destes resíduos tanto em aspectos energéticos, como também de inovação de materiais, contribuído para redução de resíduos e aportando soluções para o cuidado do meio ambiente.

Es esencial hoy en día y especialmente para un futuro próximo atender la demanda de energía y ofrecer una alternativa de fuentes renovables que no dañen el medio ambiente. Los residuos agroindustriales están ampliamente disponibles, por lo que su utilización en procesos de producción puede reducir significativamente los costes. El residuo de café y la semilla de algodón son residuos con alto contenido lignocelulósico, lo que los torna atractivos para aplicación en tecnologías de degradación termoquímicas como la pirólisis. La pirólisis consiste en la conversión de biomasa en energía y productos químicos de valor añadido. En esta tesis se realizó el estudio de la pirólisis del residuo de café y semilla de algodón. Estas biomasas fueron sometidas a la pirólisis en lecho fijo con flujo continuo de nitrógeno, generando bio-óleo, gases y biochar. Los principales productos (bio-óleo y biochar) también se han estudiado. En los bio-oleos, a través del análisis por cromatografía gaseosa bidimensional, se encontraron compuestos de gran importancia para la industria química, alimenticia, farmacéutica, para biocombustibles y alternativas de derivados del petróleo, por ejemplo, ácidos grasos e hidrocarburos identificados en el bio-oleo de la biomasa del residuo del café, y un gran contenido de compuestos fenólicos y nitrogenados, para el bio-oleo de la semilla de algodón. Las biomasas y los biochars se caracterizaron por diversas técnicas (análisis elemental, poder calorífico, contenido de cenizas, TGA SEM, FT-IR, etc.). Los biochars fueron modificados por dos distintos procesos de activación química y probados para su aplicación como adsorbente en la remoción del colorante catiónico azul de metileno en solución acuosa. La capacidad de retención del colorante para los biochars activados químicamente (de las dos biomasas), quedarán muy cerca de los resultados obtenidos para el carbón activado comercial. Los biochars también demostraron tener buenas características, como el alto poder calorífico, que sugieren su aplicación como sustituyentes de combustibles fósiles sólidos.Los productos de la pirólisis, bio-óleo y el biochar, de ambas biomasas, presentaron resultados que promueven la valorización de estos residuos tanto en aspectos energéticos, como también de innovación de materiales, contribuido a la reducción de residuos y aportando soluciones para el cuidado del medio ambiente.

It’s essential nowadays and especially for the near future to meet the energy demand and offer an alternative of renewable sources that don’t injury the environment. Agroindustrial waste is widely available and low cost, so its use in production processes can significantly reduce costs. The spent coffee grounds and cottonseed are residues with high lignocellulosic content, which makes them attractive for application in thermochemical technologies such as pyrolysis, which consists of the conversion of biomass into energy and value-added chemical products. In this work the pyrolysis of spent coffee grounds and cottonseed was carried out. These biomasses were submitted to pyrolysis in fixed bed with nitrogen flow, generating bio-oil, gases and biochar. The main products (bio-oil and biochar) were studied in detail. In both bio-oils, through the analysis by two-dimensional gas chromatography, compounds of great importance were found for the chemical, food, pharmaceutical, biofuels and petroleum products alternatives, for example, fatty acids and hydrocarbons identified in the bio-oil of spent coffee grounds, and a high content of phenolic and nitrogen compounds, for the cottonseed bio-oil. Biomasses and biochars were characterized by several techniques (elemental analysis, calorific value, ash content, SEM, FT-IR, etc.). The biochars were modified by two distinct chemical activation processes and tested for use as an adsorbent in the removal of the methylene blue cationic dye in aqueous solution. The results for the adsorption tests were very promising. The ability of the activated biochars in the adsorption of the dye was very close to the results obtained for commercial activated charcoal. Biochars have also demonstrated good characteristics, such as high calorific power, which suggest their application as substituents for solid fossil fuels. The products of the pyrolysis, bio-oil and biochar of both biomass presented results that promote the recovery of these residues both in energy aspects as well as in materials innovation, contributed to waste reduction and providing solutions for the care of the environment.