Otimização dos parâmetros do processo de tratamento hidrotérmico para obtenção de hydrochar como fonte de biocombustível sólido

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Carvalho, Nayara Tamires da Silva
• Orientador(a): Bianchi, Maria Lúcia
• Banca de defesa: Bianchi, Maria Lúcia, Trugilho, Paulo Fernando, Silveira, Edgar Amaral, Protásio, Thiago de Paula, Mendoza Martinez, Clara Lisseth
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira
• Departamento: Departamento de Ciências Florestais
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Bioenergia; Catalisador; Hidrotratamento térmico; Otimização; Resíduos florestais; Bioenergy; Catalyst; Forestry waste; Hydrothermal treatment; Optimization
• Área do conhecimento CNPq: Energia de Biomassa Florestal
• Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/58993

A iniciativa de se utilizar fontes renováveis de energia tem sido estimulada em todo o mundo, alinhada à política de Carbono Zero. Por isso, há interesse crescente no desenvolvimento de fontes alternativas para a produção de energia renovável, como a biomassa. Neste contexto, a carbonização hidrotérmica (HTC) é um método de conversão promissor para valorizar os constituintes da biomassa. Assim, o objetivo principal do estudo foi verificar o desempenho da serragem de Eucalyptus grandis na produção de hydrochar por meio da HTC em reatores simplificados, visando otimizar os efeitos dos parâmetros de produção para maximizar os rendimentos sólido e energético. O processo de HTC foi realizado em reatores de aço inox laboratorial, onde a biomassa foi inserida juntamente com diferentes soluções em proporção de 1:10 (sólido/líquido). Assim, foram conduzidas a HTC de todas as combinações possíveis entre temperaturas de 150, 170, 190 e 220 °C, tempos de reação de 30, 60 e 90 minutos e soluções de água e concentrações de 0,1 e 0,2 mol L -1 de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Os diferentes hydrochars produzidos foram caracterizados minuciosamente, por meio de análises químicas imediata, elementar e estrutural, além de investigações sobre o comportamento de combustão e emissões potenciais. A otimização das condições do processo foi realizada por meio da metodologia de superfície de respostas (RSM). A presente tese foi dividida em dois capítulos. O primeiro apresenta o potencial da metodologia utilizada e investiga as propriedades dos hydrochars em três experimentos distintos, em que a concentração de H 2 SO 4 foi fixada em cada um deles, em tempo de reação de 60 minutos e nas quatro temperaturas supracitadas. O segundo investigou a influência das três variáveis estudadas (temperatura, tempo e soluções de H 2 SO 4 ) nas características do hydrochar, além de propor e validar o tratamento otimizado com base nos rendimentos sólido e energético. De modo geral, os resultados indicaram redução do rendimento sólido de 90,72 para 43,21%, conforme houve aumento da temperatura e adição de H 2 SO 4 . O hydrochar produzido em temperatura intermediária (190 °C) foi responsável pela maior parcela no incremento do poder calorífico superior (PCS), 33%, em relação ao PCS da biomassa bruta. A estrutura da superfície dos hydrochars foi modificada e apresentou microesferas de carbono abundantes, principalmente na maior concentração de H 2 SO 4 . As condições de tratamento otimizado foram: temperatura de 185 °C, tempo de reação de 30 minutos e 0,038 mol L -1 de H 2 SO 4 . Esses resultados evidenciam a eficácia da metodologia simplificada e do sistema de reatores, enfatizando os papéis cruciais do H 2 SO 4 e da temperatura na definição das características e do desempenho dos hydrochars.