Dissertação
Obtenção de bioquerosene por pirólise rápida catalítica de biomassa de microalgas
Fecha
2019-04-04Autor
Fonseca, Noyala Souza Cerqueira
Institución
Resumen
As microalgas tem se mostrado matéria-prima de grande potencial para a
produção de biocombustíveis, em substituição parcial ao petróleo, assim como de fontes
renováveis de energia já utilizadas. Estes microorganismos, nas diversas formas e meios
de cultura, são convenientes á produção do combustível, pois possuem gorduras
(triglicerídeos e ácidos graxos), que são de fato matéria-prima para obtenção de biogás,
de biogasolina, de bioquerosene e de biodiesel. Este trabalho visou a produção de
bioquerose de aviação a partir de biomassa de microalgas: Nannochloropsis oculata,
Halamphora coffeaeformis e Desmodesmus sp., enfatizando a viabilidade do uso das
mesmas quando submetidas ao processo de conversão termoquímica: pirólise rápida
catalítica. Este estudo também destacou importante papel da catálise na pirólise rápida,
pois catalisadores influenciam agindo paralelamente ao craqueamento térmico, sendo
capazes de orientar às reações aos produtos de interesse. Foi verificado que os produtos
gerados na micropirólise do ácido miristico na presença de catalisadores do tipo γ-Al2O3
e Nb2O5, em dois níveis de temperatura e métodos de pirólise; por meio de um
planejamento fatorial; apresentaram formação de cetonas e hidrocarbonetos por
desoxigenação do ácido graxo, o qual foi usado como matriz simplificada em relaçao às
microalgas. Comprendidas as melhores condições de pirólise: 600°C, método heart cut
com γ-Al2O3 e conhecendo os primeiros compostos das reações de craqueamento, novos
testes, desta vez com extrato de microalgas, obtidos com diferentes solventes foram
pirolisados. A carga que apresentou melhor rendimento em bioquerosene e baixo teor de
nitrogenados foi a Halamphora coffeaeformis, cujo extrato foi obtido por n-hexano. A
pirólise puramente térmica do extrato de Desmodesmus sp. com n-hexano foi
comparada com a catalítica, usando γ-Al2O3. De fato a catalítica apresentou maior
rendimento em bioquerosene, promovendo maior desoxigenação. A pirólise catalítica
das biomassas secas foram avalidas e comparadas. Os produtos apresentaram
concentração média em area de 30% de querosene. Desta vez a Nannochloropsis
oculata apresentou maior rendimento. A análise química dos querosenes permitiu
verificar também que para cada espécie foi possível obter perfis distintos de querosene,
e quem em comparação a pirólise térmica, a presença do catalisador aumentou a
formação de hidrocarbonetos na faixa do querosene, com nove a quinze carbono. Os
prudutos nesta faixa apresentaram excelente compatibilidade para serem usados como
querosene de aviação comercial na forma de drop in fuel. Microalgae have proved to be a raw material of great potential for the production of
biofuels, partially replacing petroleum, as well as renewable energy sources already
used. These microorganisms, in the various forms and media of culture, are convenient
for the production of the fuel, since they have fats (triglycerides and fatty acids), which
are in fact raw material for obtaining biogas, biogasoline, bioquerosene and biodiesel.
This work aimed at the production of aviation bioquerose from microalgae biomass:
Nannochloropsis oculata, Halamphora coffeaeformis and Desmodesmus sp.,
Emphasizing the feasibility of using them when subjected to the thermochemical
conversion process: rapid catalytic pyrolysis. This study also highlighted the important
role of catalysis in the rapid pyrolysis, since catalysts influence acting in parallel to
thermal cracking, being able to guide reactions to the products of interest. It was
verified that the products generated in the micropirolysis of myristic acid in the
presence of catalysts of the type γ-Al2O3 and Nb2O5, in two temperature levels and
pyrolysis methods; by means of a factorial planning; showed formation of ketones and
hydrocarbons by deoxygenation of the fatty acid, which was used as a simplified matrix
in relation to microalgae. When the best pyrolysis conditions were reached: 600 °C,
heart cut method with γ-Al2O3 and knowing the first compounds of cracking reactions,
new tests, this time with microalgae extract, obtained with different solvents were
pyrolysed. The load that presented the best yield in bioquerosene and low nitrogen
content was Halamphora coffeaeformis, whose extract was obtained by n-hexane. The
pure thermal pyrolysis of Desmodesmus sp. with n-hexane was compared to the catalyst
using γ-Al2O3. In fact, catalytic activity presented higher yields in biokerosene,
promoting higher deoxygenation. The catalytic pyrolysis of the dried biomass was
evaluated and compared. The products presented average yield of 30% of kerosene, in
area. This time the Nannochloropsis oculata presented higher yield. The chemical
analysis of the kerosene allowed to verify also that for each species it was possible to
obtain different kerosene profiles, and who in comparison to thermal pyrolysis, the
presence of the catalyst increased the formation of hydrocarbons in the range of
kerosene, with nine to fifteen carbons. The guitars in this range showed excellent
compatibility to be used as commercial aviation kerosene in the form of drop in fuel.