Estudo comparativo de métodos de pré-tratamento do sabugo de milho e piaçava: caracterização e potencialização na separação das frações para aplicações sustentáveis

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: José, Álvaro Henrique Mello
• 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: Biomassas lignocelulósicas; catalytic hydrotreatment; enzymatic hydrolysis; fast pyrolysis; hidrolise enzimática; hidrotratamento catalítico; lignocellulosic biomass; organosolv; pirólise rápida
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97140/tde-11122024-164740/

O Brasil é o terceiro maior produtor de milho do mundo e o maior produtor de piaçava do mundo. No conceito de biorrefinaria, estas biomassas lignocelulósicas podem ser usadas como matéria-prima para produzir diversos produtos, como biocombustíveis, produtos de base da indústria química, lignina, entre outros. Durante o processamento do sabugo de milho, bem como da piaçava para a obtenção de bioprodutos, diversos processos químicos, físicos e biológicos podem ser aplicados para o tratamento e refinamento do produto. A combinação de extrusão de dupla rosca com a extração por solventes (organosolv) pode separar as frações (celulose, hemicelulose e lignina) com alta pureza e baixa geração de efluentes. A utilização da pirólise rápida da biomassa pode obter bio-óleo rico em compostos fenólicos, e em conjunto com a hidrogenação catalítica pode aumentar o valor agregado deste bio-óleo. Neste contexto, este trabalho visou estudar e desenvolver etapas para conversão de sabugo de milho e piaçava em bioprodutos. Este trabalho foi dividido em dois estudos, onde o primeiro envolve a combinação do pré-tratamento por extrusão com dupla rosca, fracionamento por solventes e hidrólise enzimática da fração celulósica do sabugo de milho, e o segundo estudo envolve a combinação da pirólise rápida com a hidrogenação catalítica do sabugo de milho e da piaçava. O planejamento fatorial utilizado no processo de extrusão de dupla rosca indicou a temperatura de 144 °C e 5 rpm de agitação como ajustadas para a maximização na conversão de celulose em glicose (96,3% m/m) durante hidrólise enzimática. Utilizando estas condições na extrusão, a variável independente tempo de reação no processo de organosolv foi a que mais favoreceu o processo de conversão de celulose em glicose (96,5% m/m) durante o estudo exploratório das variáveis mais impactantes na conversão. Já o planejamento fatorial estudando as variáveis tempo de reação e concentração de sólidos no processo organosolv indicou a máxima conversão de celulose em glicose e obtenção de lignina utilizando 60 minutos e 20,1% m/m de sólidos no início do processo, tendo a capacidade de atingir 93,01% m/m de conversão de celulose em glicose, e 5,73g de lignina por batelada. Dos bio-óleos obtidos da pirólise rápida das biomassas sabugo de milho e piaçava foram extraídas ligninas pirolíticas com rendimento de aproximadamente 25% m/m, com uma concentração de oxigênio 38 e 19% m/m menores que o bio-óleo. Do bio-óleo produzido a partir da pirólise rápida da piaçava foi possível extrair uma lignina pirolítica com uma maior facilidade de preparação em laboratório quando comparada ao manuseio do sabugo de milho, porém com uma quantidade de oxigênio superior ao bio-óleo obtido pela pirólise rápida do sabugo de milho. Após o processo de hidrotratamento catalítico dos bio-óleos foi possível aumentar o poder calorífico destes óleos em até 18%, aumentando a concentração de compostos fenólicos em até 45% e removendo parte dos compostos oxigenados.