Desenvolvimento de resíduos de biomassa sustentáveis ​​para aplicações de biocombustíveis

May 12, 2024

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 14248 (2023) Citar este artigo

Detalhes das métricas

Uma compreensão abrangente das propriedades físico-químicas, do comportamento de degradação térmica e da composição química é significativa para os resíduos de biomassa antes da sua conversão termoquímica para produção de energia. Nesta investigação, resíduos de palha de teff (TS), casca de café (CH), sabugo de milho (CC) e talo de sorgo doce (SSS) foram caracterizados para avaliar suas potenciais aplicações como bioenergia e produtos químicos de valor agregado. O comportamento de degradação térmica das amostras CC, CH, TS e SSS é calculado usando quatro taxas de aquecimento diferentes. Os valores de energia de ativação variaram de 81,919 a 262,238 e 85,737 a 212,349 kJ mol-1 e foram gerados pelos modelos KAS e FWO e auxiliaram na compreensão do processo de conversão de biomassa em bioprodutos. Os teores de celulose, hemicelulose e lignina de CC, CH, TS e SSS foram encontrados na faixa de 31,56 a 41,15%, 23,9 a 32,02% e 19,85 a 25,07%, respectivamente. Os valores caloríficos dos resíduos variaram de 17,3 a 19,7 MJ/kg, comparáveis ​​à biomassa bruta. As micrografias eletrônicas de varredura revelaram texturas aglomeradas, irregulares e ásperas, com linhas paralelas fornecendo vias de transporte de nutrientes e água em todas as amostras de biomassa. Os espectros de energia dispersiva de raios X e a análise de difração de raios X indicaram a presença de material com alto teor de carbono e natureza cristalina. A análise FTIR identificou picos de banda proeminentes em números de onda específicos. Com base nessas descobertas, pode-se concluir que esses resíduos apresentam potencial como fontes de energia para diversas aplicações, como indústrias têxteis, de plásticos, de tintas, automobilísticas e de aditivos alimentares.

Devido à crescente população e à subsequente elevada procura de energia e às preocupações ambientais, as agências governamentais e não governamentais exigem uma maior responsabilidade ambiental relativamente aos produtos químicos, aos combustíveis e à extracção de energia. Os biocombustíveis e produtos químicos obtidos a partir de fontes renováveis ​​são essenciais para resolver a procura global de energia e reduzir a dependência dos combustíveis fósseis. A acessibilidade, utilização e relação custo-eficácia da energia desempenham um papel importante na expansão do desenvolvimento em todo o mundo1,2. Os resíduos agrícolas e as biomassas não nutricionais têm um potencial significativo para geração de energia depois do carvão, do gás natural e do petróleo3,4,5,6. Portanto, os bioprocessos podem fornecer múltiplos produtos semelhantes a energia e fortalecer a bioeconomia circular7,8. Os biocombustíveis abordam questões ambientais, segurança de combustível e benefícios socioeconómicos para aliviar a dependência de combustíveis fósseis para o desenvolvimento sustentável9. Espera-se que o bio-óleo obtido a partir de biomassa lignocelulósica desempenhe um papel significativo na futura geração de combustível, pois possui uma densidade energética mais elevada do que a biomassa10,11,12. Para a sustentabilidade da produção de biocombustíveis, a bioenergia está ligada à ideia de uma economia circular holística em todo o mundo. Os bioprocessos envolvem processamento, seleção e conversão de matéria-prima em rendimentos de valor agregado, como bioenergia e produtos químicos. Elliot13 revelou que os produtos químicos obtidos no processo de bioenergia são utilizados em diversas aplicações, como indústrias têxteis, plásticos, tintas, automóveis e aditivos alimentares. A biomassa refere-se em grande parte a resíduos florestais e agrícolas, as matérias-primas mais favoráveis ​​pelo seu valor calorífico, baixo custo e disponibilidade14. Os resíduos de biomassa podem ser transformados em portadores de energia por meio de rotas de conversão bioquímica ou termoquímica15,16,17.

Os resíduos de palha de teff (TS), casca de café (CH), sabugo de milho (CC) e talo de sorgo doce (SSS) são resíduos agrícolas obtidos do processamento de teff, milho, sorgo doce e café, conforme mostrado na Figura 1. Teff A palha de [Eragrostis tef (Zuccagni.) Trotter], conhecida localmente como ch'ed, é derivada do grão teff, encontrado principalmente na Eritreia, no norte do Quênia e na Etiópia18. É composto por 25% de grãos teff e 75% de palha teff, com uma produção anual de 4,3 milhões e 13 milhões de toneladas, respectivamente19,20. A palha Teff é considerada uma forragem nutritiva para ruminantes em comparação com outros cereais21,22.