Pirólise catalítica de biomassa vegetal para produção de biocombustíveis

Abstract

As mudanças climáticas poderão causar impactos severos sobre o meio ambiente e às pessoas, a menos que as emissões de carbono fóssil sejam mitigadas de forma acentuada. A atual economia de energia baseada no combustível fóssil deve ser substituída por energias renováveis e biocombustíveis. A biomassa lignocelulósica e os óleos residuais são matérias-primas potenciais para a produção de combustível renovável devido a sua disponibilidade significativa e pelo fato de não competir com a produção de alimentos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a pirólise catalítica de biomassa lignocelulósica (switchgrass in natura) e também de compostos modelo de biomassa oleaginosa (ácido mirístico e ácido oleico), visando a produção de biocombustíveis. O foco principal foi investigar a influência da presença de catalisadores nos produtos da pirólise, obtendo um rendimento semi-quantitativo de grupos de compostos oxigenados e hidrocarbonetos. Os catalisadores foram produzidos usando o método de impregnação úmida de nitrato de níquel hexahidratado (Ni(NO₃)₂6H₂O), na concentração de 10%, obtendo catalisadores com óxido de níquel suportado sobre materiais de diferentes acidez Al₂O₃, SiO₂, SiO₂/Al₂O₃ e ZSM-5. Também foram feitos testes usando somente os suportes para comparar os rendimentos em hidrocarbonetos na presença e na ausência do NiO. A caracterização dos catalisadores foi feita por meio de DRX, BET, TPR e TG. A razão mássica biomassa:catalisador foi de 10:1 no caso das biomassas lignocelulósicas, e de 10:1 nas biomassas oleaginosas. As reações de pirólise foram feitas usando um micropirolisador acoplado a um cromatógrafo a gás com espectrômetro de massas (Py-GCMS), por 15s, com uma taxa de aquecimento de 1000 ºCmin⁻¹ e sob fluxo de hélio. Os resultados mostram que a pirólise do switchgrass puro produziu álcoois, aldeídos, cetonas, entre outros. Comparando com a SiO₂, a pirólise sobre Al₂O₃, SiO₂/Al₂O₃ e a HZSM-5 reduziu de forma significativa a produção de compostos fenólicos e oxigenados, e aumentaram a produção de hidrocarbonetos aromáticos principalmente na HZSM-5. Na pirólise do ácido mirístico sobre NiO/Al₂O₃ e NiO/SiO₂, foi produzida uma alta quantidade de 1-olefinas lineares, contendo produtos desoxigenados do tipo poli-olefinas e aromáticos. A presença de ácidos carboxílicos mostra que a quebra da cadeia carbônica ocorreu paralelamente às reações de descarbonilação e descaboxilação, na presença de Ni/SiO₂. Na pirólise do ácido oleico, os principais produtos obtidos com NiO/SiO₂ foram 1-alcenos, enquanto que os principais produtos obtidos com NiO/Al₂O₃ foram isômeros de alcenos e aromáticos.