Liquefação térmica de biomassas lignocelulósicas em água e etanol para a produção de biocombustíveis avançados

Abstract

Este trabalho investigou a produção de bio-óleo por meio da liquefação térmica (LT) de biomassas lignocelulósicas — bagaço e palha de cana-de-açúcar e madeiras de eucalipto e Pinus — utilizando água e etanol como solventes. Foram realizados oito planejamentos experimentais, sendo 4 planejamentos fatoriais 2³ com ponto central para os experimentos hidrotérmicos em água e 4 planejamentos 2² com ponto central para os experimentos com etanol. A concentração de catalisador (K₂CO₃), a temperatura (280–350 °C) e o tempo de reação (0–30 min) foram avaliados como variáveis, destacando-se a concentração de catalisador como o fator mais significativo para a conversão e a qualidade dos produtos. Os maiores rendimentos (em massa) de bio-óleo foram obtidos com etanol, especialmente para o bagaço de cana, que atingiu 63,25% de bio-óleo, com teores de água mais baixos (4,31 9,25%) em comparação aos bio-óleos produzidos com água (4,26–17,38%). Os bio-óleos apresentaram poder calorífico superior (PCS) na faixa de 25,59–35,68 MJ/kg, enquanto os biochars variaram entre 14,18–27,97 MJ/kg, evidenciando o potencial energético de ambos os produtos. A análise elementar dos bio-óleos mostrou teores médios de carbono entre 55,64% e 68,45%, razões H/C entre 1,07–1,63 e O/C entre 0,34–0,63, indicando uma redução significativa de oxigênio na matriz química em relação à biomassa original e aos bio-óleos de pirólise. Essa desoxigenação, resultado de reações como descarboxilação e desidratação durante a LT, está diretamente associada ao aumento da densidade energética dos bio-óleos. Os espectros de FTIR evidenciaram a presença de fenóis, ácidos carboxílicos, cetonas e ésteres, refletindo a complexidade química dos bio-óleos. O destino do carbono inicial da biomassa mostrou distribuição diferenciada entre os produtos: nas condições com etanol, o carbono foi majoritariamente recuperado no bio-óleo (68,02%), seguido pelo biochar (35,47%) e pela fase gasosa (17,41%). Nas reações com água, a recuperação de carbono no bio-óleo foi relativamente menor, mas ainda assim o bio-óleo concentrou a maior fração de carbono dentre os quatro produtos, seguido pelo biochar, fase aquosa e fase gasosa. Os resultados obtidos demonstram que a liquefação térmica é uma rota promissora para a conversão de resíduos lignocelulósicos em biocombustíveis líquidos e sólidos. O uso de etanol, mesmo sem adição de catalisador, favoreceu a obtenção de bio-óleos com maior rendimento, menor teor de água e maior densidade energética, reforçando o potencial desta tecnologia para integração em biorrefinarias. Dessa forma, o presente trabalho fortalece a conexão entre os resultados científicos e as demandas do setor agroindustrial brasileiro, evidenciando a viabilidade de processos sustentáveis de conversão energética e valorização de resíduos para a produção de combustíveis e insumos químicos.