Desenvolvimento de catalisador heterogêneo baseado em biocarvão para a reação de transesterificação direta (in situ) da biomassa de microalga

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Pedro, Guilherme Arantes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Biocarvão; Biochar; Biodiesel; Botryococcus braunii; Catalisador heterogêneo; Heterogeneous catalyst; In situ transesterification; Microalgae; Microalgas; Response surface; Spirulina maxima; Superfície de resposta; Transesterificação in situ
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97139/tde-01112023-111415/

Frente aos eventos climáticos extremos, por consequência do consumo sem precedentes de energia fósseis, a busca por fontes alternativas de energia tem impulsionado a pesquisa por matérias-primas renováveis para a produção de biocombustíveis. Dentre as novas alternativas, a biomassa de Botryococcus braunii e Spirulina maxima destacam-se como matéria-prima na geração de energia limpa. Neste aspecto, as pesquisas científicas com microalgas, muitas delas tem explorado o desenvolvimento de biodiesel por diferentes metodologias buscando viabilizar o processamento em biorefinarias. Assim, o presente trabalho desenvolveu um catalisador a base de biocarvão para catálise da transesterificação in situ da biomassa úmida de microalga para a produção sustentável de biodiesel dentro conceito de biorefinarias. Foram produzidos biocarvões com a biomassa residual do processo de extração de óleo de microalgas e, também, com a biomassa de Spirulina máxima (com e sem o pigmento ficocianina). i) Visando o aumento de porosidade do biocarvão, foram estudados por planejamento experimental de Taguchi (L9) os efeitos do ativador, concentração do ativador e temperatura na ativação química da biomassa de S. maxima. O KOH foi o ativador que maximizou a área superficial do biocarvão em 32,57 m2 .g-1 . ii) Preliminarmente, o poder de catálise do biocarvão impregnado com heteropoliácido de molibdênio foi analisado na transesterificação do óleo de macaúba, óleo com perfil semelhante ao de microalgas, explorando os efeitos da concentração de impregnação e o seu percentual no meio reacional. O estudo, utilizando planejamento fatorial 22 central rotacional, indicou que: impregnação em baixa concentração (próximas a 2 mM) e o catalisador de biocarvão em percentuais acima de 40% (% m/m óleo) são mais eficazes na conversão. A melhor conversão do óleo de macaúba foi de 70,23%. iii) A exploração do catalisador de biocarvão na transesterificação in situ da biomassa úmida de B. braunii foi realizada por planejamento Box-Behnken analisando os efeitos do percentual do catalisador, volume de etanol e temperatura do reator. A máxima conversão em ésteres por transesterificação in situ atingiu 89,95%. A maximização do rendimento mássico e da conversão, dada pela otimização estatística, sugeriu percentual de catalisador de biocarvão em 10% (% m/mbiomassa), etanol 55 mL.gbiomassa-1 e temperatura em 189°C.