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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Pirólise solar catalítica de microalgas
Alternate title (s): Catalytic solar microalgae pyrolysis
Author: Andrade, Laiane Alves de
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Ataíde, Carlos Henrique
Second member of the Committee: Pereira, Marina Seixas
Third member of the Committee: Santos, Kássia Graciele dos
Fifth member of the Committee: Oliveira, Tiago José Pires de
Summary: Nas últimas décadas destacaram-se os novos investimentos em fontes renováveis de energia. De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), tais investimentos são liderados pelas fontes solar, eólica e de biomassa. O processo de pirólise solar é uma tecnologia que busca aliar a utilização de biomassa e energia solar, sendo uma solução potencial para aproveitar a energia do sol, convertendo a biomassa em um combustível transportável e armazenável, bem como em químicos de interesse. No contexto da geração de combustíveis renováveis, o combustível derivado de algas tem se apresentado como uma alternativa promissora com potencial para atender a demanda global de combustíveis. Essa biomassa apresenta forma de cultivo simples, não possui safra e pode ser gerada continuamente inclusive em terras não agricultáveis. Porém, o bio-óleo gerado tanto de materiais lignocelulósicos (tradicionalmente utilizados) quanto da pirólise de microalgas apresentam componentes indesejáveis em sua composição. Dessa forma, processos investigativos para o melhoramento da qualidade deste bio-óleo têm sido desenvolvido, a fim de utilizar-lo como fonte de combustível e químicos de interesse. Isto posto, esta tese teve como objetivo caracterizar e avaliar o potencial de duas biomassas de microalgas: a Chlamydomonas reinhardtii e a Spirulina platensis, para geração de combustíveis e químicos de interesse, via pirólise solar. Adicionalmente avaliou-se a utilização do catalisador do tipo hidrotalcita no melhoramento da qualidade dos produtos gerados. Para tal, diversas técnicas de caracterização foram utilizadas e testes solares foram realizados de acordo com a técnica de Planejamento Composto Central. As análises de caracterização revelaram que ambas as biomassas possuem potencialidades para geração de combustíveis sendo de acordo com a análise de FRX a biomassa Spirulina, conforme os minerais presentes e respectivas proporções, apresentou-se mais adequada ao processo de gaseificação. No estudo da pirólise analítica da Chlamydomonas reinhardtii, na ausência de catalisador indicou que o aumento da temperatura aumentava a quantidade de hidrocarbonetos e diminuía a de compostos oxigenados. Enquanto que, o bio-óleo produzido a partir de pirólise catalítica desta microalga mostrou uma diminuição nos compostos nitrogenados, prejudiciais à qualidade do bio-óleo. Nos testes solares da Chlamydomonas reinhardtii utilizando a técnica de Planejamento Composto Central e superfície de resposta, a análise dos principais efeitos mostrou que o mais significativo no rendimento líquido foi a interação entre o tempo e a carga mássica de microalgas utilizada no reator. Quanto à qualidade do bio-óleo, os óxidos derivados de hidrotalcita demostraram um bom desempenho, pois diminuiram os compostos nitrogenados e aumentaram a porcentagem relativa de hidrocarbonetos, no mesmo sentido auferido nos testes prévios de pirólise analítica. Os testes solares com a microalga Spirulina platensis revelaram algumas semelhanças com a pirólise solar da Chlamidomonas reinhardtii, possuindo ambas os mesmos pontos ótimos de carga mássica de microalgas e tempo de reação para geração de produtos líquidos. Porém, o catalisador atuou de maneira distinta nas microalgas utilizadas, provavelmente devido à distinção de composição química entre elas. A utilização de porcentagem de catalisador de 23,55% foi mais adequada para otimização do líquido no caso da Chlamydomonas reinhardtii. Por sua vez, a utilização de porcentagem do catalisador de 46,88% foi mais favorável para a conversão da biomassa em líquido em se tratando da Spirulina platensis. A partir do desenvolvimento desse trabalho pode-se concluir que a energia solar tem potencial para ser utilizada como fonte energética para processos térmicos a altas temperaturas.
Abstract: In past decades, new investments in renewable energy sources have been highlighted.According to the International Energy Agency (IEA) these investments are led by solar, wind and biomass sources. The process of solar pyrolysis is a technology that combine the use of biomass and solar energy as a potential solution to harness the energy of the sun by converting biomass energy into transportable and storable fuel and also chemicals of interest.In the context of the generation of renewable fuels, algae-derived fuel has been presented as a promising alternative with potential to meet global fuel demand. This is because this biomass presents a form of simple cultivation has no crop and can be generated continuously even on uncultivated land. However, the bio-oil generated from both lignocellulosic materials (traditionally used) and the bio-oil generated in the pyrolysis of microalgae present undesirable components in their composition, so investigative processes to improve the quality of this bio-oil have been developed in order to use oil as a source of fuel and chemicals of interest.The aim of this thesis was to characterize and evaluate the potential of two microalgae biomasses to Chlamydomonas reinhardtii and Spirulina Platensis in the generation of bio-oil via solar pyrolysis. n addition to evaluating the use of the hydrotalcite type catalyst in the improvement of the quality of the bio-oil generated. For this, several characterization techniques were used and solar tests were performed according to the Central Composite Design technique. The characterization analyzes revealed that both biomasses have potential for fuel generation. According to the FRX analysis the Spirulina biomass, according to the minerals present and respective proportions, was more adequate to the gasification process. In the study of the analytical pyrolysis of Chlamydomonas reinhardtii, in the absence of catalyst, it was indicated that the increase in temperature increased the amount of hydrocarbons and decreased that of oxygenated compounds. However, the bio-oil produced from catalytic pyrolysis of this microalga showed a decrease in the nitrogenous compounds, detrimental to the quality of the bio-oil. In the solar tests of Chlamydomonas reinhardtii using the technique of Central Composite Design and response surface, the analysis of the main effects showed that the most significant in the net yield was the interaction between the time and the mass load of microalgae used in the reactor. As for the quality of the bio-oil, the oxides derived from hydrotalcite showed a good performance, since they decreased the nitrogen compounds and increased the relative percentage of hydrocarbons, in the same sense obtained in the previous tests of analytical pyrolysis. The solar tests with the Spirulina platensis microalgae revealed some similarities with the solar pyrolysis of Chlamidomonas reinhardtii, both having the same optimum points of microalgae mass loading and reaction time for the generation of liquid products. However, the catalyst worked in different ways in the microalgae used, probably due to the distinction of chemical composition between them. The use of a catalyst percentage of 23.35% was more adequate for optimization of the liquid in the case of Chlamydomonas reinhardtii. In turn, the use of a percentage of the catalyst of 43.33% was more favorable for the conversion of the biomass to liquid in the case of Spirulina platensis. From the development of this work it can be concluded that solar energy has the potential to be used as an energy source for thermal processes at high temperatures
Keywords: Energia Solar
Solar Energy
Pirólise
Pyrolysis
Microalga
Microalgae
Engenharia Química
Chemical Engineering
Hidrotalcita
Hydrotalcite
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: ANDRADE, Laiane Alves de. Pirólise solar catalítica de microalgas. 2018. 146 f. Tese ( Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.792
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.792
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22336
Date of defense: 23-Jul-2018
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