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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-4893-4801
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Pirólise solar catalítica ex situ da microalga Chlamydomonas reinhardtii
Alternate title (s): Ex situ catalytic solar pyrolysis of microalgae Chlamydomonas reinhardtii
Author: Barbosa, Janaína Miranda
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antônio de Souza
First member of the Committee: Ataíde, Carlos Henrique
Second member of the Committee: Silva, Danylo de Oliveira
Third member of the Committee: Baeta, Bruno Eduardo Lobo
Fourth member of the Committee: Andrade, Laiane Alves de
Summary: O uso contínuo dos combustíveis fósseis para fins de transporte, eletricidade e aquecimento, tem levado a uma crescente busca por fontes alternativas e renováveis de energia como a eólica, solar e a energia proveniente das biomassas. Estudos de processos de conversão como a pirólise que produzem energia transportável e estocável a partir da biomassa têm se destacado no meio acadêmico. Na pirólise catalítica (in situ e ex situ) os catalisadores têm sido aplicados para melhorar a composição química do bio-óleo produzido. No método catalítico ex situ catalisador e biomassa encontram-se em reatores distintos e facilitam o reuso dos catalisadores, caracterizando uma das vantagens deste método. Isto posto, o objetivo principal deste trabalho foi estudar a pirólise solar catalítica ex situ da microalga Chlamydomonas reinhardtii usando o catalisador hidrotalcita, com a finalidade de produzir carvão, bio-óleo e gás. A metodologia de superfície de resposta foi usada para avaliar a influência das variáveis massa de biomassa, tempo de reação e porcentagem de catalisador no rendimento dos produtos e qualidade do bio-óleo. Um estudo de otimização foi realizado visando à obtenção de máximo rendimento de líquido, e o valor alcançado foi de 47,59%. Os bio-óleos obtidos na pirólise catalítica apresentaram hidrocarbonetos de cadeias longas e menor quantidade de compostos oxigenados, evidenciando a atuação do catalisador na melhoria da qualidade dos produtos líquidos. A função desejabilidade foi utilizada para identificar as condições das variáveis independentes que maximizavam simultaneamente o rendimento de líquido e seu conteúdo de hidrocarbonetos. O teste experimental realizado nas condições ótimas mostrou que foi possível obter rendimento de líquido de 38,55% com teor de hidrocarbonetos de 32,65%, e os valores experimentais mostraram boa conformidade com os valores preditos. A caracterização dos carvões foi realizada e os valores de poder calorífico superior (PCS) foram condizentes com os reportados na literatura para carvões derivados da pirólise de microalgas. Na avaliação do reuso do catalisador realizaram-se 3 ciclos consecutivos de pirólise solar que revelaram a boa estabilidade estrutural da hidrotalcita. Além disso, seu desempenho pouco se alterou ao longo dos ciclos de pirólise. Assim, este estudo evidenciou que em determinadas condições é possível obter bons rendimentos de bio-óleo e melhorar sua qualidade do mesmo através do processo de pirólise catalítica ex situ de microalgas usando energia solar.
Abstract: The continued use of fossil fuels for transportation, electricity and heating purposes has led to a growing search for alternative and renewable sources of energy such as wind, solar and energy from biomass. Studies of conversion processes such as pyrolysis that produce transportable and stockpile energy from biomass have been highlighted in academia. In catalytic pyrolysis (in situ and ex situ), catalysts have been applied to improve the chemical composition of the bio-oil produced. In the ex situ catalytic method, catalyst and biomass are found in different reactors and facilitate the reuse of catalysts, characterizing one of the advantages of this method. Thus, the main objective of this work was to study the ex situ catalytic solar pyrolysis of the microalgae Chlamydomonas reinhardtii using the hydrotalcite catalyst, with the purpose of producing coal, bio-oil and gas. The response surface methodology was used to assess the influence of the variables biomass mass, reaction time and percentage of catalyst on product yield and quality of bio-oil. An optimization study was carried out aiming to obtain maximum liquid yield, and the value reached was 47.59%. The bio-oils obtained in the catalytic pyrolysis showed long-chain hydrocarbons and a lower amount of oxygenated compounds, showing the role of the catalyst in improving the quality of liquid products. The desirability function was used to identify the conditions of the independent variables that simultaneously maximized the liquid yield and its hydrocarbon content. The experimental test performed under the optimum conditions showed that it was possible to obtain a liquid yield of 38.55% with a hydrocarbon content of 32.65%, and the experimental values showed good compliance with the predicted values. The charcoal characterization was performed and the values of superior calorific power (PCS) were consistent with those reported in the literature for coals derived from microalgae pyrolysis. In the evaluation of the reuse of the catalyst, 3 consecutive cycles of solar pyrolysis were performed, which revealed the good structural stability of the hydrotalcite. In addition, their performance has hardly changed over the course of pyrolysis cycles. Thus, this study showed that under certain conditions it is possible to obtain good yields of bio-oil and improve its quality through the process of ex situ catalytic pyrolysis of microalgae using solar energy.
Keywords: Energia solar
Solar energy
Catálise
Catalysis
Pirólise ex situ
Ex situ pyrolysis
Alga
Algae
Bio-óleo
Bio-oil
Engenharia química
Chemical engineering
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: BARBOSA, Janaína Miranda. Pirólise solar catalítica ex situ da microalga Chlamydomonas reinhardtii. 2020. 153 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.217
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.217
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28820
Date of defense: 14-Feb-2020
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