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ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-2884-3942
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2023-01-11
Title: Pirólise solar catalítica com o uso de lentes de Fresnel
Alternate title (s): Catalytic solar pyrolysis using Fresnel lenses
Author: Martins, Marcus Paulo Barbosa
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Hori, Carla Eponina
Second member of the Committee: Andrade, Laiane Alves de
Third member of the Committee: Pacheco Filho, Jose Geraldo de Andrade
Fourth member of the Committee: Barbosa, Janaína Miranda
Summary: O aumento no consumo de combustíveis fósseis tem contribuído para uma escassez energética e o aceleramento do aquecimento global, levando a uma busca por fontes renováveis de energia como, solar, eólica e de biomassa. As microalgas são fontes de biomassa amplamente estudadas para geração de combustíveis via processos termoquímicos, devido à sua grande diversidade de espécies, boa adaptabilidade ambiental que permite o seu cultivo em ambientes que não competem por terras agricultáveis. O processo de pirólise solar é uma tecnologia promissora, uma vez que une a utilização de biomassa e energia solar com a finalidade de gerar combustíveis transportáveis e armazenáveis, além de químicos de interesse. O produto de maior interesse da pirólise rápida de microalgas é o bio-óleo, uma mistura líquida e viscosa, composta por centenas de substâncias químicas. Entre esses compostos estão muitos oxigenados e nitrogenados que lhes conferem propriedades indesejáveis. Diversas tecnologias visando ao melhoramento do bio-óleo através da desoxigenação e desnitrogenação estão sendo investigadas, dentre elas o uso de catalisadores. Diante disso, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial da microalga Spirulina platensis para geração de combustíveis e químicos de interesse, via pirólise solar. Adicionalmente foi avaliada a atuação dos óxidos mistos derivados de hidrocalumita como precursores catalíticos do processo, visando ao melhoramento da qualidade dos produtos gerados. Nesse estudo, a pirólise analítica da microalga, na ausência de catalisador, indicou uma redução na quantidade de compostos oxigenados com o aumento da temperatura. Um Planejamento Composto Central aliado à técnica de Superfícies de Respostas foi utilizado para avaliar a influência das variáveis tempo de reação e porcentagem de catalisador no rendimento dos produtos e na qualidade do bio-óleo obtido a partir da pirólise solar. O máximo rendimento de líquido alcançado, após um estudo de otimização, foi de 43,39%. Quanto à qualidade do bio-óleo, os óxidos mistos demonstraram uma boa atuação, uma vez que diminuíram a quantidade de oxigenados e aumentaram as porcentagens relativas de hidrocarbonetos, como nos testes prévios de micropirólise catalítica. A porcentagem de catalisador de 29,29% foi a mais apropriada para maximizar o rendimento de hidrocarbonetos, garantindo uma quantidade relativa de 55,14% desse produto na composição do bio-óleo. Assim, o desenvolvimento desse trabalho mostra que em condições de processo adequadas, a pirólise solar é promissora para a obtenção de combustíveis de interesse.
Abstract: The increase in fossil fuel consumption has contributed to an energy shortage and the acceleration of global warming, leading to a search for renewable sources of energy such as solar, wind, and biomass. Microalgae are widely studied biomass sources for fuel generation via thermochemical processes, due to their great diversity of species, good environmental adaptability, short growth cycle, and because they are cultivated in environments that do not compete for agricultural land. The process of solar pyrolysis is a promising technology as it unites the use of biomass and solar energy in order to generate transportable and storable fuels, as well as chemicals of interest. The product of the greatest interest of rapid pyrolysis of microalgae is bio-oil, a liquid and viscous mixture composed of hundreds of chemicals. Among these compounds are many oxygenated and nitrogenous ones that give them undesirable properties. Several technologies aimed at improving bio-oil through deoxygenation and denitrogenation are being investigated, including the use of catalysts. Therefore, this study aimed to evaluate the potential of microalgae Spirulina platensis for the generation of fuels and chemicals of interest, via solar pyrolysis. Additionally, the performance of mixed oxides derived from hydrocalumite as catalytic precursors of the process was evaluated, aiming at improving the quality of the products generated. In this study, the analytical pyrolysis of the microalgae, in the absence of catalyst, indicated a reduction in the number of oxygenated compounds with the increase in temperature. A Central Composite Design associated with a Response Surfaces technique was used to evaluate the influence of reaction time and catalyst percentage on product yield and bio-oil quality obtained from solar pyrolysis. The maximum liquid yield achieved after an optimization study was 43.39%. Regarding the quality of the bio-oil, mixed oxides demonstrated good performance, since they decreased the amount of oxygenated and increased the relative percentages of hydrocarbons, as in the previous tests of catalytic micropyrolysis. The catalyst percentage of 29.29% was the most appropriate to maximize hydrocarbon yield, ensuring a relative amount of 55.14% of this product in the composition of bio-oil. Thus, the development of this work shows that under appropriate process conditions, solar pyrolysis is promising for obtaining fuels of interest.
Keywords: Bio-óleo
Microalga
Desoxigenação
Hidrocalumita
Concentrador solar
Bio-oil
Microalgae
Deoxygenation
Hydrocalumite
Solar concentrator
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Subject: Engenharia química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: MARTINS, Marcus Paulo Barbosa. Pirólise solar catalítica com o uso de lentes de Fresnel. 2020. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.696.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.696
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31013
Date of defense: 29-Oct-2020
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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