Liquefação térmica de resíduos de cana-de-açúcar para produção de bio-óleo empregando mistura de água-etanol como solvente

Abstract

A liquefação térmica é uma rota para a conversão de resíduos lignocelulósicos em bio-óleos com potencial aplicação energética. Neste trabalho, investigou-se a produção de bio-óleo a partir do bagaço e da palha de cana-de-açúcar, utilizando misturas de água e etanol em diversas proporções como solventes. O estudo foi dividido em duas etapas: a otimização da proporção de solventes e a avaliação dos efeitos de parâmetros operacionais (temperatura, tempo de reação

e concentração de catalisador). Na primeira etapa, observou-se que a proporção 80-20 (água- etanol, em massa) apresentou os maiores rendimentos de bio-óleo, alcançando até 33,1% para

o bagaço e 33,5% para a palha, em massa, enquanto a proporção 50-50 resultou nos maiores valores de poder calorífico superior, alcançando 28,4 e 29,3 MJ/kg, respectivamente. A segunda etapa foi conduzida com a proporção 80-20, que apresentou maior valores de eficiência de recuperação energética, 51,4 e 50,1%, respectivamente. Um planejamento fatorial completo foi feito para avaliar o impacto dos parâmetros operacionais. Os resultados mostraram que a temperatura foi o principal fator com influência sobre o rendimento de bio-óleo, apresentando efeito negativo. Em contrapartida, o catalisador K2CO3 em solução promoveu leve aumento no rendimento, embora sem significância estatística. As condições ótimas para obtenção de maiores rendimentos em massa e eficiência de recuperação energética foram 300 °C, 30 minutos de tempo de reação e concentração de 0,05 mol/L de catalisador, sob as quais obtiveram-se 41,3 e 67,1% para o bagaço, e 39,6 e 59% para a palha, respectivamente. Todos os bio-óleos apresentaram elevados valores de poder calorífico superior, sendo os mais altos observados para o bio-óleo obtido a 350 °C, com valores de até 32,1 MJ/kg. A caracterização química dos bio-óleos por CG-EM revelou a presença de compostos oxigenados, incluindo fenóis, álcoois, ácidos carboxílicos, ésteres e cetonas, além de hidrocarbonetos e compostos nitrogenados em menores proporções. Esses compostos apresentam potencial valor agregado para aplicações nas indústrias química e energética. Os resultados obtidos reforçam o potencial da liquefação térmica como rota viável para valorização energética de resíduos agroindustriais.