Characterization and qualification of torrefied biomasses properties during fungal deterioration for energetic purposes
Caracterização e qualificação de propriedades de biomassas torrificadas durante a deterioração fúngica para fins energéticos
| dc.contributor | Carneiro, Angélica de Cássia Oliveira | |
| dc.contributor | http://lattes.cnpq.br/7008898959476837 | |
| dc.creator | Faria, Bruno de Freitas Homem de | |
| dc.date | 2021-08-03T15:20:24Z | |
| dc.date | 2021-08-03T15:20:24Z | |
| dc.date | 2020-11-17 | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-27T21:17:07Z | |
| dc.date.available | 2023-09-27T21:17:07Z | |
| dc.identifier | FARIA, Bruno de Freitas Homem de. Characterization and qualification of torrefied biomasses properties during fungal deterioration for energetic purposes. 2020. 118 f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2020. | |
| dc.identifier | https://locus.ufv.br//handle/123456789/28043 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8957970 | |
| dc.description | Lignocellulosic biomasses are a reliable alternative to fossil fuels to produce more environmentally friendly energy, mainly due to their renewable and sustainable characteristics, and their worldwide availability. The torrefaction process can be a good way to improve specific characteristics of biomass to achieve better storage conditions and for energetic use. The aim of this study was to evaluate the impact of torrefaction on the storage of different biomasses residues, simulated by fungal deterioration, for energetic purposes. The impact of leaching and fungal deterioration on the chemical and energy properties of raw and torrefied biomasses for energy conversion was thus evaluated. Finally, near infrared spectra were collected to build PLS-DA and PLS models to be able to better understand the fungal deterioration of biomasses. Coffee husk, sugarcane bagasse, pine residues and eucalyptus residues were torrefied at 290 °C in a screw type reactor, for 5, 7.5, 10, 15 or 20 min. The effects of feedstock type and torrefaction process parameter (holding time) on their energy characteristics were investigated. Raw and torrefied biomasses were then submitted successively to leaching and to white rot (Trametes versicolor) and brown rot (Coniophora puteana) fungi to simulate storage conditions. Mass loss after the leaching step, moisture content and mass loss due to fungal deterioration after 2, 4, 8, 12, and 16 weeks were recorded. Variations in carbon content and high heating value were observed during the fungal deterioration of raw and torrefied biomass. Brown rot fungus was more virulent than white rot fungus in pine, leading to mass losses close to 35% for pine torrefied for 15 minutes. For sugarcane bagasse torrefied for 7.5 and 10 minutes, the mass loss during fungal deterioration was less than 10% for all evaluation weeks, being much lower than the mass loss observed for raw sugarcane at 16 weeks (approximately 60%). PLS models for predicting the calorific value of biomasses showed good predictive capacity with RMSEP of 0.1968 and Rp of 98.17%. PLS-DA classification models are reliable to differentiate types of biomass and then, through specific models, identify the most active decay fungus in raw and torrefied biomasses as well as the stage of deterioration at which the biomasses are. PLS developed models appeared to be efficient to predict the high heating value of raw and torrefied biomasses according to their fungal deterioration stages. Torrefaction of eucalyptus, pine, sugarcane bagasse and coffee husk seems to be a viable method to eliminate some of the disadvantages of these raw biomasses as it significantly improves energy content and prevents absorption of moisture during storage. In addition, coffee husk appears to be a very promising biomass for energy conversion by torrefaction process, due to its good energetic increase. Keywords: Biofuel. Fungi decay. Lignocellulose. Near-infrared spectroscopy. | |
| dc.description | Biomassas lignocelulósicas são alternativas viáveis aos combustíveis fósseis para produzir energia ecologicamente correta, principalmente pelo seu aspecto renovável e sustentável, e pela disponibilidade mundial. O processo de torrefação pode ser uma boa forma de aprimorar algumas características da biomassa para obter melhores condições de armazenamento e aproveitamento energético. O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto da torrefação na estocagem de diferentes resíduos de biomassas, simulado pela deterioração fúngica, para uso energético. O impacto da lixiviação e da deterioração dos fungos nas propriedades químicas e energéticas das biomassas in natura e torrificadas foram avaliados. Finalmente, espectros no infravermelho próximo (NIR) foram coletados para construir modelos PLS-DA e PLS para uso como uma ferramenta para o conhecimento da deterioração fúngica das biomassas. Casca de café, bagaço de cana-de-açúcar e resíduos de pinus e eucalipto foram torrificados a 290 °C em reator tipo rosca sem fim durante 5, 7,5, 10, 15 ou 20 min. Os efeitos do tipo de matéria-prima e do parâmetro do processo de torrefação (tempo de residência) sobre as características energéticas das biomassa foram investigados. As biomassas in natura e torrificadas foram então submetidas à lixiviação e aos fungos de podridão branca (Trametes versicolor) e marrom (Coniophora puteana) para simular as condições de armazenamento. A perda de massa após a etapa de lixiviação, teor de umidade e perda de massa devido à deterioração fúngica após 2, 4, 8, 12, 16 semanas foram obtidas. Variações no conteúdo de carbono e no poder calorífico superior foram observados durante a deterioração fúngica das biomassas in natura e torrificadas. A virulência do fungo de podridão marrom foi maior para o pinus em relação ao de podridão branca levando à perdas de massa próxima a 35% para o pinus torrificado por 15 minutos. Para o bagaço de cana torrificado por 7,5 e 10 minutos a perda de massa durante a deterioração por fungos foi menor do que 10% para todas semanas de avaliação sendo muito inferior à perda de massa obtida para o bagaço in natura em 16 semanas de exposição (aproximadamente 60%). Modelos PLS para predição do poder calorífico das biomassas apresentaram boa capacidade preditiva com RMSEP de 0,1968 e Rp de 98,17%. Os modelos PLS-DA são confiáveis para diferenciar tipos de biomassa e então, por meio de modelos específicos, identificar o fungo de decomposição mais ativo em biomassas in natura e torrificadas e em qual estágio temporal de deterioração as biomassas se encontram. Os modelos PLS desenvolvidos mostraram-se eficientes na predição do poder calorífico superior de biomassas in natura e torrificadas de acordo com seus estágios de deterioração fúngica. A torrefação do eucalipto, pinus, bagaço de cana-de-açucar e casca de café parece ser um método viável para eliminar algumas das desvantagens dessas biomassas, pois melhora significativamente o conteúdo de energia e evita a absorção de umidade durante o armazenamento. Além disso, a casca de café parece ser uma biomassa muito promissora para conversão de energia pelo processo de torrefação, devido ao bom incremento energético. Palavras-chave: Biocombustível. Deterioração fúngica. Espectroscopia no infravermelho próximo. Lignocelulose. | |
| dc.description | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.language | eng | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Viçosa | |
| dc.rights | Acesso Aberto | |
| dc.subject | Biocombustíveis | |
| dc.subject | Fungos decompositores | |
| dc.subject | Lignocelulose | |
| dc.subject | Espectroscopia de infravermelho próximo | |
| dc.subject | Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais | |
| dc.title | Characterization and qualification of torrefied biomasses properties during fungal deterioration for energetic purposes | |
| dc.title | Caracterização e qualificação de propriedades de biomassas torrificadas durante a deterioração fúngica para fins energéticos | |
| dc.type | Tese |