Obtenção de bioquerosene por pirólise rápida catalítica de biomassa de microalgas

Abstract

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.