Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46699
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5437-0806
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Estudo da Pirólise Assistida por Micro-ondas de Biomassas Alternativas Provenientes do Cerrado Brasileiro
Título(s) alternativo(s): Study of Microwave-Assisted Pyrolysis of Alternative Biomass from the Brazilian Cerrado
Autor(es): Cavallaro, Reginaldo José
Primeiro orientador: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
Primeiro coorientador: Duarte, Cláudio Roberto
Primeiro membro da banca: Duarte, Cláudio Roberto
Segundo membro da banca: Pereira, Marina Seixas
Terceiro membro da banca: Santana, Ricardo Corrêa de
Quarto membro da banca: Santos, Kássia Graciele dos
Quinto membro da banca: Finzer, José Roberto Delalibera
Resumo: Este trabalho investigou inicialmente a pirólise analítica do epicarpo de macaúba, do endocarpo de macaúba e de baru, da palha do café, biomassas do cerrado brasileiro, bem como da embalagem cartonada. A pesquisa avaliou a influência da temperatura e do uso de catalisadores, com foco no potencial dessas biomassas na geração de bio-óleo e biocarvão. Optou-se pelo uso do epicarpo de macaúba nas etapas subsequentes devido ao seu desempenho na pirólise analítica, especialmente em termos de rendimento e qualidade dos hidrocarbonetos, comparado às demais biomassas analisadas. O objetivo foi obter bio-óleo via pirólise assistida por micro-ondas, minimizando compostos oxigenados e nitrogenados. A caracterização do epicarpo de macaúba revelou um teor de umidade de 6,50%, com uma elevada fração de materiais voláteis (79,65%) e um baixo teor de cinzas (1,35%), características favoráveis para processos de pirólise. A análise elementar indicou que a biomassa é composta por 48,34% de carbono, 5,93% de hidrogênio e 43,69% de oxigênio, resultando em um poder calorífico superior de 18,25 MJ/kg. Os experimentos de pirólise não catalítica assistida por micro-ondas demonstraram um impacto significativo da temperatura na composição e no rendimento dos produtos, sendo que, a 550°C, obteve-se o maior rendimento de condensáveis (48,4%). Ainda, nessa condição, a composição do bio-óleo indicou uma elevada fração de compostos oxigenados (93,2%) e hidrocarbonetos (5,4%). Entre os hidrocarbonetos identificados, 62,2% eram aromáticos, 24,1% alcanos e 13,7% alcenos. O uso de catalisadores suportados em espuma de SiC modificou a distribuição química dos produtos e aprimorou a qualidade do bio-óleo. Na pirólise com leito único suportado na espuma de SiC, o óxido de cálcio (CaO) promoveu uma redução para 85,8% nos compostos oxigenados, aumentando os hidrocarbonetos para 14,2%. O resíduo de mineração de fosfato apresentou desempenho semelhante, reduzindo a fração de oxigenados para 86,2% e aumentando os hidrocarbonetos para 13,5%. O óxido de níquel suportado em nióbio (NiONb2O5) alcançou 12,0% de hidrocarbonetos, aumentando os compostos nitrogenados para 3,3%. O uso da zeólita resultou em 11,1% de hidrocarbonetos, enquanto o Nb2O5 produziu 10,9% de hidrocarbonetos e 3,6% de compostos nitrogenados. O uso de leito duplo de catalisadores suportados em espuma de SiC se mostrou promissor e satisfatório, com aumentos na produção de hidrocarbonetos. A combinação de CaO com resíduo de mineração promoveu a formação de 59,4% de hidrocarbonetos, sendo 37,6% aromáticos, 49,6% alcenos e 12,9% alcanos. A combinação de NiONb2O5 com resíduo de mineração gerou 61,7% de hidrocarbonetos, distribuídos em 29,2% de alcanos, 27,8% de alcenos, 38,4% de aromáticos e 4,5% de ciclanos. Já a associação de Nb2O5 com resíduo de mineração resultou na formação de 52,2% de hidrocarbonetos, com 25,1% de alcanos, 9,3% de alcenos, 57,7% de aromáticos e 7,9% de ciclanos. O biocarvão da pirólise assistida por micro-ondas exibiu alta estabilidade térmica, alto carbono fixo e baixo teor de cinzas, destacando-se para aplicações em solo, adsorção de poluentes e geração de energia.
Abstract: This study initially investigated the analytical pyrolysis of macaúba epicarp, macaúba endocarp, baru endocarp, coffee husk—biomass from the Brazilian cerrado—as well as carton packaging. The research evaluated the influence of temperature and catalyst use, focusing on the potential of these biomass sources for bio-oil and biochar production. Macaúba epicarp was selected for subsequent stages due to its performance in analytical pyrolysis, particularly in terms of hydrocarbon yield and quality compared to the other biomass samples analyzed. The objective was to obtain bio-oil via microwave-assisted pyrolysis while minimizing oxygenated and nitrogenated compounds. The characterization of macaúba epicarp revealed a moisture content of 6.50%, a high volatile matter fraction (79.65%), and a low ash content (1.35%), which are favorable characteristics for pyrolysis processes. Elemental analysis indicated that the biomass is composed of 48.34% carbon, 5.93% hydrogen, and 43.69% oxygen, resulting in a higher heating value of 18.25 MJ/kg. Non-catalytic microwave-assisted pyrolysis experiments demonstrated a significant temperature effect on product composition and yield, with the highest condensable yield (48.4%) obtained at 550°C. Under these conditions, the bio-oil composition showed a high fraction of oxygenated compounds (93.2%) and hydrocarbons (5.4%). Among the identified hydrocarbons, 62.2% were aromatics, 24.1% alkanes, and 13.7% alkenes. The use of catalysts supported on a SiC foam bed modified the chemical distribution of the products and improved bio-oil quality. In pyrolysis with a single-layer bed supported on SiC foam, calcium oxide (CaO) reduced oxygenated compounds to 85.8%, increasing hydrocarbons to 14.2%. Phosphate mining residue exhibited a similar performance, reducing the oxygenated fraction to 86.2% and increasing hydrocarbons to 13.5%. Nickel oxide supported on niobium (NiONb2O5) achieved 12.0% hydrocarbons while increasing nitrogen-containing compounds to 3.3%. Zeolite use resulted in 11.1% hydrocarbons, whereas Nb2O5 produced 10.9% hydrocarbons and 3.6% nitrogen-containing compounds. The use of a dual-layer bed of catalysts supported on SiC foam proved promising and effective, enhancing hydrocarbon production. The combination of CaO with mining residue led to 59.4% hydrocarbons, distributed as 37.6% aromatics, 49.6% alkenes, and 12.9% alkanes. The combination of NiONb2O5 with mining residue generated 61.7% hydrocarbons, comprising 29.2% alkanes, 27.8% alkenes, 38.4% aromatics, and 4.5% cyclanes. Meanwhile, the association of Nb2O5 with mining residue resulted in 52.2% hydrocarbons, with 25.1% alkanes, 9.3% alkenes, 57.7% aromatics, and 7.9% cyclanes. The biochar from microwave-assisted pyrolysis exhibited high thermal stability, high fixed carbon content, and low ash content, making it suitable for applications in soil conditioning, pollutant adsorption, and energy generation.
Palavras-chave: Epicarpo de macaúba
Macaúba endocarp
Biomassa do cerrado
Cerrado biomass
Pirólise catalítica
Catalytic pyrolysis
Pirólise com micro-ondas
Microwave-assisted pyrolysis
Bio-óleo
Bio-oil
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::REATORES QUIMICOS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Referência: CAVALLARO, Reginaldo José. Estudo da pirólise assistida por micro-ondas de biomassas alternativas provenientes do Cerrado brasileiro. 2025. 198 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.5048
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46699
Data de defesa: 14-Abr-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.
ODS::ODS 8. Trabalho decente e crescimento econômico - Promover o crescimento econômico sustentado, inclusivo e sustentável, emprego pleno e produtivo, e trabalho decente para todos.
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