Publicação: Pré-tratamento organossolve com glicerina bruta em resíduos florestais de Pinus e Eucalipto no conceito de biorrefinarias
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PRODUTOS NATURAIS
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Resumo
O elevado consumo de energia proveniente de fontes fósseis atrelado ao
agravamento das questões ambientais em todo o mundo, têm destacado a
necessidade de desenvolvimento rápido e consolidação de métodos eficientes para
produzir combustíveis e produtos avançados a partir de recursos renováveis.
Biomassas lignocelulósicas surgem como alternativas viáveis para substituir fontes
fósseis, não apenas como forma de suprir a demanda energética crescente, mas
também para mitigar impactos ambientais associados à emissão de gases de efeito
estufa. No entanto, devido à sua complexa estrutura, as biomassas e seus resíduos
requerem tratamentos específicos para possibilitar seu uso de forma eficaz. O
pré-tratamento que utiliza solventes orgânicos, denominado organossolve, têm se
mostrado eficiente no fracionamento dos componentes principais das biomassas que
são celulose, hemicelulose e lignina, e na obtenção de bioprodutos de valor agregado.
Porém, ainda são poucos os trabalhos que visam investigar o efeito desse pré-
tratamento em biomassas florestais e, principalmente, em seus resíduos. Logo, este
trabalho teve como objetivo promover e avaliar o pré-tratamento de biomassas
residuais das duas principais espécies florestais cultivadas no país, pinus e eucalipto,
utilizando a glicerina bruta como solvente para promover a deslignificação da
biomassa e o fracionamento dos componentes, além de gerar outros bioprodutos de
interesse econômico. Os experimentos foram conduzidos em reator batelada sob
condições previamente determinadas: temperatura à 220 °C, concentração de 40%
glicerina bruta/água, por 120 minutos. Após o pré-tratamento, a fração sólida
(biomassa pré-tratada) e a fase líquida (licor negro) foram separadas por meio de
filtração. As biomassas in natura e pré-tratadas foram caracterizadas química e
estruturalmente (DRX) para avaliar a eficiência do pré-tratamento, e a lignina foi
recuperada do licor negro, quantificada e caracterizada (FT-IR). O licor negro também
foi analisado por cromatografia líquida (HPLC) para detecção de outros produtos
formados durante o pré-tratamento. Como resultado, foram obtidas altas taxas de
deslignificação para ambas as biomassas residuais, com índices de 71,79% para o
pinus e 83,77% para o eucalipto. As biomassas pré-tratadas apresentaram aumento
no índice de cristalinidade, indicando a remoção de materiais amorfos como lignina e
hemicelulose. Nos testes de lavagem das biomassas pré-tratadas, os métodos de
solução de NaOH (1%) e acetona em refluxo foram eficientes na remoção do solvente
e obtenção de uma biomassa sem resíduos. Como forma de validação do potencial e
uso da glicerina bruta como solvente, foram realizados testes comparativos com a
forma purificada, o solvente escolhido se apresentou superior gerando uma maior
deslignificação e preservação da celulose. As ligninas removidas das biomassas pré-
tratadas foram recuperadas do licor negro, e mesmo sendo provenientes de espécies
distintas, apresentaram semelhanças consideráveis com a lignina comercial. Outros
produtos de interesse comercial foram identificados no licor negro como HMF, furfural,
ácido acético, e formas de aproveitamento e aplicabilidade precisam ser investigadas.
De acordo com os resultados obtidos, o pré-tratamento organossolve foi eficiente e
atingiu os objetivos propostos, principalmente por utilizar resíduos florestais e glicerina
bruta como solvente, sendo um processo relevante na geração de bioprodutos,
biocombustíveis e consolidação de biorrefinarias lignocelulósicas.
Abstract
The high consumption of energy from fossil sources, coupled with worsening
environmental issues worldwide, has underscored the urgent need for rapid
development and consolidation of efficient methods to produce advanced fuels and
products from renewable resources. Lignocellulosic biomasses emerge as viable
alternatives to replace fossil sources, not only to meet the growing energy demand but
also to mitigate environmental impacts associated with greenhouse gas emissions.
However, due to their complex structure, biomass and its residues require specific
treatments for effective utilization. The pretreatment using organic solvents, known as
organosolv, has proven to be efficient in fractionating the main components of
biomass, which are cellulose, hemicellulose, and lignin, and in obtaining value-added
bioproducts. Nevertheless, there are still few studies aiming to investigate the effect of
this pretreatment on forest biomass and residues. Therefore, this study aimed to
promote and evaluate the pretreatment of residual biomass from the country's two
main cultivated forest species, pine and eucalyptus, using crude glycerin as a solvent
to facilitate biomass delignification and component fractionation, as well as to generate
other economically valuable bioproducts. The experiments were conducted in a batch
reactor under previously determined conditions: 220°C, 40% crude glycerin/water ratio,
for 120 minutes. After pretreatment, the solid fraction (pretreated biomass) and the
liquid phase (black liquor) were separated through filtration. The in nature and
pretreated biomasses were chemically and structurally characterized (XRD) to
evaluate the efficiency of the pretreatment, and the lignin was recovered from the black
liquor, quantified, and characterized (FT-IR). The black liquor was also analyzed by
liquid chromatography (HPLC). As a result, high delignification rates were achieved for
both residual biomasses, reaching 71.79% for pine and 83.77% for eucalyptus. The
pretreated biomasses showed an increase in crystallinity index, indicating the removal
of amorphous materials such as lignin and hemicellulose. In washing tests of the
pretreated biomasses, methods involving NaOH solution and refluxing acetone were
effective in solvent removal and obtaining residue-free biomass. As a means to
validate the potential and usage of crude glycerin as a solvent, comparative tests were
conducted with the purified form. The chosen solvent demonstrated superiority by
achieving greater delignification and preserving cellulose to a higher degree.Lignins
extracted from the pretreated biomasses were recovered from the black liquor and
exhibited significant similarities to commercial lignin despite originating from different
species. Other commercially valuable products identified in the black liquor included
HMF, furfural, acetic acid, and their potential utilization and applicability require further
investigation. Based on the results obtained, the organosolv pretreatment proved
efficient and met the proposed objectives, particularly by using forest residues and
crude glycerin as a solvent, thus representing a significant process in generating
bioproducts, biofuels, and advancing lignocellulosic biorefineries.
Palavras-chave
Biomassas residuais, Residual biomasses, Pré-tratamento organossolve, Organosolv pretreatment, Glicerina bruta, Crude glycerin, Biorrefinarias lignocelulósicas, Lignocellulosic biorefineries
Citação
LIMA, Izabela da Silva. Pré-tratamento organossolve com glicerina bruta em resíduos florestais de pinus e eucalipto no conceito de biorrefinarias. 2024. 107 f. Tese (Doutorado em Biocombustíveis) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.701.
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