Caracterização e conversão termoquímica de resíduo de jatobá via pirólise assistida por micro-ondas com e sem catalisadores

Abstract

This work investigated the microwave-assisted pyrolysis of jatobá (Hymenaea courbaril) bark, an abundant agro-industrial residue from the Brazilian Cerrado, aiming at the production of bio-oil and biochar. The biomass was characterized regarding proximate and ultimate composition, calorific value, and thermal behavior. The non-catalytic pyrolysis experiments, conducted in a microwave oven (2.45 GHz, 1000 W), followed a central composite design to evaluate the effects of temperature (451–649 °C) and residence time (10.1–34.9 min) on the products. Catalytic pyrolysis was carried out under the optimized condition, using catalysts (CaO, KOH, HZSM-5) in a single bed supported on SiC foam, in an ex situ configuration. The products were analyzed by GC-MS, FTIR, XRF, TGA, and SEM. The characterization of jatobá bark revealed low moisture (8.52%) and ash (1.52%) contents, high volatile matter (77.42%), and a higher heating value of 21.10 MJ/kg. The optimized condition (550 °C, 34.9 min) resulted in a bio-oil yield of 57.77% and a hydrocarbon (HC) content of approximately 50%. The produced bio-oils showed a predominance of aromatic hydrocarbons, with temperature influencing the formation of monocyclic compounds at the expense of polycyclic ones. Catalytic pyrolysis with CaO increased the HC fraction to 66.8% and reduced oxygenates to 28.1%, demonstrating the effectiveness of catalysis in bio-oil deoxygenation. The obtained biochar presented a high fixed carbon content (38.68%), calorific value of up to 22.76 MJ/kg, and a porous surface, with the presence of nutrients (K, Ca, Mg, P). It is concluded that jatobá bark is a promising biomass for the production of bio-oil and biochar via microwave-assisted pyrolysis, with the use of CaO catalyst representing an effective strategy for obtaining hydrocarbon-rich bio-oil, showing this as a sustainable technological route aligned with the principles of the circular economy.

Este trabajo investigó la pirólisis asistida por microondas de la cáscara de jatobá (Hymenaea courbaril), un residuo agroindustrial abundante en el Cerrado brasileño, con el objetivo de producir bioaceite y biocarbón. La biomasa fue caracterizada en cuanto a su composición inmediata, elemental, poder calorífico y comportamiento térmico. Los experimentos de pirólisis no catalítica, realizados en un horno de microondas (2,45 GHz, 1000 W), siguieron un diseño compuesto central para evaluar los efectos de la temperatura (451–649 °C) y del tiempo de residencia (10,1–34,9 min) sobre los productos. La pirólisis catalítica se llevó a cabo en la condición optimizada, utilizando catalizadores (CaO, KOH, HZSM-5) en lecho único soportados en espuma de SiC, en configuración ex situ. Los productos fueron analizados por GC-MS, FTIR, FRX, TGA y SEM. La caracterización de la cáscara de jatobá reveló bajo contenido de humedad (8,52 %) y cenizas (1,52 %), alto contenido de volátiles (77,42 %) y un poder calorífico superior de 21,10 MJ/kg. La condición optimizada (550 °C, 34,9 min) resultó en un rendimiento de bioaceite del 57,77 % y un contenido de hidrocarburos (HC) de aproximadamente el 50 %. Los bioaceites producidos presentaron predominio de hidrocarburos aromáticos, influyendo la temperatura en la formación de compuestos monocíclicos en detrimento de los policíclicos. La pirólisis catalítica con CaO elevó la fracción de HC al 66,8 % y redujo los oxigenados al 28,1 %, demostrando la eficacia de la catálisis en la desoxigenación del bioaceite. El biocarbón obtenido presentó un alto contenido de carbono fijo (38,68 %), poder calorífico de hasta 22,76 MJ/kg y superficie porosa, con presencia de nutrientes (K, Ca, Mg, P). Se concluye que la cáscara de jatobá es una biomasa prometedora para la producción de bioaceite y biocarbón mediante pirólisis asistida por microondas, siendo el uso del catalizador CaO una estrategia eficaz para obtener bioaceite rico en hidrocarburos, mostrando esta como una ruta tecnológica sostenible y alineada con los principios de la economía circular.