Processamento hidrotérmico da casca de soja visando a obtenção de açúcares fermentescíveis, bio-óleo e hidrocarvão

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Draszewski, Crisleine Perinazzo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300001b6fq
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Engenharia Química
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Centro de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/34513
Resumo: In this thesis, soybean hulls were subjected to different hydrothermal processes, including steam explosion and subcritical hydrolysis/hydrothermal liquefaction, in a multipurpose unit that was assembled for the development of this work. The pretreatment by steam explosion, with and without an acid catalyst (0.5% w/w H₂SO₄), was carried out at different residence times to obtain a cellulose-rich solid, reaching up to 98% w/w. The best condition for this pretreatment, corresponding to 180 °C, under 5 MPa, for 5 minutes, was integrated with subcritical hydrolysis (230 and 260 °C, solvent/feed ratio S/F of 40 and 80) in the same unit, in a single experimental run, only modifying the pressure and temperature conditions. High-performance liquid chromatography analyzed the obtained liquid to quantify fermentable sugars, organic acids, and inhibitors. A fermentable sugar yield of 19.19 ± 0.49 g/100 g of soybean hulls at 230 °C and S/F-80 was achieved in the integrated process, representing a 3.3- fold increase compared to the yield obtained from untreated biomass. Semi-continuous hydrothermal processing was also applied to raw soybean hulls at different temperatures (230, 260, 300, and 340 °C) and the same ratios were evaluated in the integrated processing. Extraction with dichloromethane separated bio-oil, with a maximum yield of 30.72 ± 0.18 g/100 g of hulls at 260 °C and S/F-80. The study also evaluated kinetic profiles and characterized the solid (hydrochar) and liquid (bio-oil) products, highlighting their higher heating values, which reached 30.14 ± 0.11 MJ/kg for hydrochar and 24.86 ± 0.09 MJ/kg for bio-oil.
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The best condition for this pretreatment, corresponding to 180 °C, under 5 MPa, for 5 minutes, was integrated with subcritical hydrolysis (230 and 260 °C, solvent/feed ratio S/F of 40 and 80) in the same unit, in a single experimental run, only modifying the pressure and temperature conditions. High-performance liquid chromatography analyzed the obtained liquid to quantify fermentable sugars, organic acids, and inhibitors. A fermentable sugar yield of 19.19 ± 0.49 g/100 g of soybean hulls at 230 °C and S/F-80 was achieved in the integrated process, representing a 3.3- fold increase compared to the yield obtained from untreated biomass. Semi-continuous hydrothermal processing was also applied to raw soybean hulls at different temperatures (230, 260, 300, and 340 °C) and the same ratios were evaluated in the integrated processing. Extraction with dichloromethane separated bio-oil, with a maximum yield of 30.72 ± 0.18 g/100 g of hulls at 260 °C and S/F-80. The study also evaluated kinetic profiles and characterized the solid (hydrochar) and liquid (bio-oil) products, highlighting their higher heating values, which reached 30.14 ± 0.11 MJ/kg for hydrochar and 24.86 ± 0.09 MJ/kg for bio-oil.Programa de Recursos Humanos da ANP, PRH, BrasilNesta tese, a casca de soja foi submetida a diferentes processos hidrotérmicos, incluindo explosão a vapor e hidrólise subcrítica/liquefação hidrotérmica, em uma unidade multipropósito, que foi montada para o desenvolvimento deste trabalho. O prétratamento por explosão a vapor, com e sem catalisador ácido (0,5% m/m H2SO4), foi realizado em diferentes tempos de residência para obter um sólido rico em celulose, atingindo até 98% m/m. A melhor condição desse pré-tratamento, correspondente a 180 °C, sob 5 MPa, durante 5 minutos, foi realizada de forma integrada à hidrólise subcrítica (230 e 260 °C, razão solvente/alimentação S/F de 40 e 80), na mesma unidade, em uma única corrida experimental, apenas modificando as condições de pressão e temperatura.O caldo obtido foi analisado por cromatografia líquida de alta eficiência para quantificação de açúcares fermentescíveis, ácidos orgânicos e inibidores. Foi obtido um rendimento de açúcares fermentescíveis de 19,19 ± 0,49 g /100 g de casca de soja a 230 °C e S/F-80 no processo integrado, o que representa um aumento no rendimento de 3,3 vezes em comparação ao rendimento obtido com a biomassa não tratada. O processamento hidrotérmico em modo semi-contínuo também foi aplicado à casca de soja in natura sob diferentes temperaturas (230, 260, 300 e 340 °C) e nas mesmas razões avaliadas no processamento integrado. Uma extração líquido-líquido com diclorometano permitiu a separação do bio-óleo, cujo rendimento máximo foi de 30,72 ± 0,18 g/100 g de casca sob 260 °C e S/F-80. O estudo também avaliou os perfis cinéticos e caracterizou os produtos sólidos (hidrocarvão) e líquidos (bio-óleo), destacando seus poderes caloríficos superiores, que chegaram a 30,14 ± 0,11 MJ/kg para o hidrocarvão e 24,86 ± 0,09 MJ/kg para o bio-óleo.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia QuímicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaCentro de TecnologiaCastilhos, Fernanda dehttp://lattes.cnpq.br/4590978604104577Abaide , Ederson RossiBizzi, Cezar AugustoBrondani, Leoni NogueiraPereira, Fernanda da CunhaResende, Fernando Luis PachecoDraszewski, Crisleine Perinazzo2025-03-19T16:28:36Z2025-03-19T16:28:36Z2025-03-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/34513ark:/26339/001300001b6fqporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-03-19T16:28:37Zoai:repositorio.ufsm.br:1/34513Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-03-19T16:28:37Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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description In this thesis, soybean hulls were subjected to different hydrothermal processes, including steam explosion and subcritical hydrolysis/hydrothermal liquefaction, in a multipurpose unit that was assembled for the development of this work. The pretreatment by steam explosion, with and without an acid catalyst (0.5% w/w H₂SO₄), was carried out at different residence times to obtain a cellulose-rich solid, reaching up to 98% w/w. The best condition for this pretreatment, corresponding to 180 °C, under 5 MPa, for 5 minutes, was integrated with subcritical hydrolysis (230 and 260 °C, solvent/feed ratio S/F of 40 and 80) in the same unit, in a single experimental run, only modifying the pressure and temperature conditions. High-performance liquid chromatography analyzed the obtained liquid to quantify fermentable sugars, organic acids, and inhibitors. A fermentable sugar yield of 19.19 ± 0.49 g/100 g of soybean hulls at 230 °C and S/F-80 was achieved in the integrated process, representing a 3.3- fold increase compared to the yield obtained from untreated biomass. Semi-continuous hydrothermal processing was also applied to raw soybean hulls at different temperatures (230, 260, 300, and 340 °C) and the same ratios were evaluated in the integrated processing. Extraction with dichloromethane separated bio-oil, with a maximum yield of 30.72 ± 0.18 g/100 g of hulls at 260 °C and S/F-80. The study also evaluated kinetic profiles and characterized the solid (hydrochar) and liquid (bio-oil) products, highlighting their higher heating values, which reached 30.14 ± 0.11 MJ/kg for hydrochar and 24.86 ± 0.09 MJ/kg for bio-oil.
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