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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Produção de biocarvão a partir de resíduos de casca de banana e melancia: um estudo sobre carbonização hidrotérmica e pirólise assistida por micro-ondas.
Alternate title (s): Production of biochar from banana and watermelon peel residues: a study on hydrothermal carbonization and microwave-assisted pyrolysis.
Author: Dinis, Calton João
First Advisor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First coorientator: Duarte, Claudio Roberto
First member of the Committee: Nogueira, Geraldo Daniel Ribeiro
Second member of the Committee: Santana Júnior, José Alair
Summary: O biocarvão, um material rico em carbono, tem ganhado crescente atenção nos campos da agricultura, gestão de resíduos e mitigação das mudanças climáticas devido à sua capacidade de melhorar a qualidade do solo, armazenar carbono e reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Frente aos desafios impostos pelo aumento da população mundial e à diminuição das terras aráveis, o biocarvão destaca-se como uma solução sustentável, podendo ser aplicado como corretivo do solo e adsorvente, removendo contaminantes. Este trabalho explora o potencial das cascas de melancia e banana como biomassas lignocelulósicas para processos de conversão termoquímica, com foco na produção de biocarvões por Carbonização Hidrotérmica (HTC) e Pirólise Assistida por Micro-ondas (PAM). A Carbonização Hidrotérmica (HTC) surge como uma tecnologia promissora para o reaproveitamento desses resíduos. Baseando-se em temperaturas moderadas e altas pressões, este processo acontece em via úmida. A água do processo atinge o estado subcrítico no reator, facilitando a quebra das fibras de celulose, hemicelulose e lignina. Esse método se assemelha à formação natural de carvão e produz hidrocarvões com características específicas. Neste estudo, o hidrocarvão obtido pela HTC apresentou rendimento sólido de até 63,44%, teor de grupos funcionais oxigenados (OFG) de 5,50 mmol/g e área superficial BET de 5,16 m²/g, destacando sua aplicabilidade como adsorvente. Por outro lado, a Pirólise Assistida por Micro-ondas utiliza radiação de micro-ondas para aquecer rapidamente a biomassa em ambiente sem oxigênio, promovendo a decomposição térmica. Este processo é caracterizado por sua alta eficiência energética e capacidade de controle preciso sobre os parâmetros de aquecimento, resultando em biocarvões com composição enriquecida em nitrogênio (7,93%), fósforo (0,48%) e potássio (7,62%), com rendimento sólido de até 74%, tornando-os ideais para aplicação como biofertilizantes. As variáveis estudadas incluíram a temperatura (°C), a razão entre as biomassas (casca de melancia como biomassa 1 e casca de banana como biomassa 2) e o tempo (min). Os resultados comparativos evidenciam que a HTC, devido ao alto teor de OFG, é mais adequada para a produção de adsorventes, enquanto a PAM, pela composição rica em NPK, é indicada para aplicações agrícolas. Este estudo reforça o papel do biocarvão como uma alternativa sustentável e eficiente para mitigar os impactos ambientais do manejo inadequado de resíduos agroindustriais, promovendo a sustentabilidade na gestão de resíduos e na melhoria da qualidade do solo.
Abstract: Biochar, a carbon-rich material, has gained increasing attention in the fields of agriculture, waste management, and climate change mitigation due to its ability to improve soil quality, store carbon, and reduce greenhouse gas emissions. Faced with challenges posed by the growing global population and the reduction of arable land, biochar stands out as a sustainable solution, applicable as a soil amendment and adsorbent for contaminant removal. This study explores the potential of watermelon and banana peels as lignocellulosic biomasses for thermochemical conversion processes, focusing on the production of biochars through Hydrothermal Carbonization (HTC) and Microwave-Assisted Pyrolysis (MAP). Hydrothermal Carbonization (HTC) emerges as a promising technology for repurposing these residues. Based on moderate temperatures and high pressures, this wet process utilizes water from the biomass, which reaches a subcritical state in the reactor, facilitating the breakdown of cellulose, hemicellulose, and lignin fibers. This method mimics the natural formation of coal and produces hydrochars with specific characteristics. In this study, the hydrochar obtained via HTC demonstrated a solid yield of up to 63.44%, oxygenated functional groups (OFG) content of 5.50 mmol/g, and a BET surface area of 5.16 m²/g, highlighting its applicability as an adsorbent. On the other hand, Microwave-Assisted Pyrolysis (MAP) uses microwave radiation to rapidly heat biomass in an oxygen-free environment, promoting thermal decomposition. This process is characterized by high energy efficiency and precise control over heating parameters, resulting in biochars with a composition enriched in nitrogen (7.93%), phosphorus (0.48%), and potassium (7.62%), with a solid yield of up to 74%, making them ideal for application as biofertilizers. The variables studied included temperature (°C), the ratio between the biomasses (watermelon peel as biomass 1 and banana peel as biomass 2), and time (min). Comparative results show that HTC, due to its high OFG content, is more suitable for adsorbent production, while MAP, with its NPK-rich composition, is recommended for agricultural applications. This study underscores the role of biochar as a sustainable and efficient alternative to mitigate the environmental impacts of inadequate agro-industrial waste management, promoting sustainability in waste management and soil quality improvement.
Keywords: Casca de melancia
Watermelon peel
Casca de banana
Banana peel
Carbonização hidrotérmica
Hydrothermal carbonization
Pirólise assistida micro-ondas
Microwave-assisted pyrolysis
Agricultura
Agriculture
Adsorção
Adsorption
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS ORGANICOS
Subject: Engenharia Química
Pirólise
Carbonização
Carvão - Pesquisa
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: DINIS, Calton João. Produção de biocarvão a partir de resíduos de casca de banana e melancia: um estudo sobre carbonização hidrotérmica e pirólise assistida por micro-ondas. 2025. 164 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.75
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.75
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44871
Date of defense: 12-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
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