PPGBIO - Doutorado em Biocombustíveis (Teses)
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Item Separação seletiva de ésteres metílicos de ácidos graxos para a produção de biocombustíveis destinados à aviação(UFVJM, 2019) Damasceno, Sandra Matias; Fabris, José Domingos; Nelson, David Lee; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Macedo, Alice Lopes; Santos, Sandro Luiz Barbosa dos; Arrudas, Sônia Ribeiro; Meira, Juliana RochaA crescente demanda energética mundial tem contribuído para o desenvolvimento de combustíveis a partir de fontes alternativas, que reduzam a dependência de combustíveis fósseis e a redução das emissões de gases poluentes, como COx, SOx e NOx, minimizando o impacto negativo ao ambiente. O biodiesel obtido pela reação de transesterificação de óleos e gorduras é uma alternativa ao uso do diesel de petróleo e, muitos estudos apontam para o seu uso em misturas com o diesel para o transporte aéreo. Assim como os combustíveis em geral, os combustíveis para aviação devem cumprir uma série de requisitos e padrões de qualidade estabelecidos por órgãos regulatórios como American Society of Testing and Materials (ASTM) e Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). O objetivo deste estudo foi avaliar procedimentos de separação de ésteres de ácidos graxos leves (número de carbonos, C, da cadeia molecular do ácido graxo na composição do éster metílico, 5 ≤ C ≤ 12) do biodiesel da amêndoa da macaúba, por adsorção para a produção de misturas com o querosene mineral, em proporções volumétricas que assegurem o cumprimento das recomendações técnicas estabelecidas na Resolução ANP Nº 37, para QAV-1, ou na ASTM D1655, para o JET A1. Para a separação das frações de ésteres leves do biodiesel por adsorção foram testados como adsorventes: (i) carvão ativado preparado da torta da amêndoa da macaúba prensada, e (ii) zeólitas comerciais, também com expressiva capacidade específica de adsorção. Ambos os materiais foram testados para adsorção em batelada e em leito fixo. As características técnicas avaliadas do biodiesel produzido estão de acordo com os limites estabelecidos pela Resolução ANP Nº 45. Os resultados dos testes de separação do biodiesel leve mostram que os adsorventes utilizados funcionam como adsorventes e são eficientes na separação das frações mais leves da mistura total dos ésteres que formam o biodiesel. Os dados analisados indicam, de fato, a adsorção e a retenção na coluna sobretudo dos ésteres dos ácidos graxos C8, C10 e C12. O carvão ativado, de formas variadas de preparação tem sido usado como adsorvente em muitos outros processos de separação, mas não há citação na literatura científica sobre a retenção seletiva de ésteres de ácidos graxos de cadeias moleculares relativamente mais curtas sobre carvão ativado; as zeólitas, especificamente as dos tipos X e Y, têm sido reportadas para processos de separação de misturas de ácidos graxos saturados e insaturados. Os dados quantitativos das concentrações foram numericamente ajustados para o modelo de isoterma de Langmuir; os ensaios em coluna de leito fixo foram avaliados a partir das curvas de ruptura. Os resultados mostram que as frações de ésteres leves derivados do óleo da amêndoa da macaúba podem ser seletivamente obtidas por adsorção, abrindo perspectivas reais para a otimização da eficiência desta operação unitária para a análise de balanço do custo de produção e para o escalonamento da tecnologia, na preparação industrial de biodiesel de ésteres leves, destinado ao uso, em misturas com o querosene parafínico mineral, na propulsão de aeronaves.Item Silagens de capim-elefante aditivadas com coprodutos do biodiesel(UFVJM, 2018) Guimarães, Cíntia Gonçalves; Evangelista, Antônio Ricardo; Magalhães, Marcela Azevedo; Santos, Alexandre Soares dos; Pantoja, Lílian de Araújo; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Evangelista, Antônio Ricardo; Silva, Leandro Diego da; Lopes, Emerson Delano; Silva, Romildo da; Vieira, Flavia CamposObjetivou-se avaliar os efeitos da torta de macaúba e farelo de crambe, oriundos da cadeia produtiva do biodiesel, em diferentes níveis de inclusão na ensilagem de capim-elefante. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, com quatro repetições. O material foi ensilado em silos experimentais elaborados com tubos de PVC com tampas providas de válvula tipo Bunsen, compactou-se o material obtendo-se massa específica de 600 kg/m3. Foi analisado teores de ácidos orgânicos, população microbiana, composição químico-bromatológica e as perdas geradas durante o processo fermentativo. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial 3 x 6, sendo três níveis de inclusão de cada coproduto do biodiesel (0; 10 e 20%) e seis tempos de abertura dos silos (1; 5; 10; 20; 40 e 60 dias após a ensilagem). A torta de macaúba foi eficiente como aditivo absorvente de umidade nas silagens de capim-elefante, no qual proporcionou elevação dos teores de matéria seca, além da melhoria no processo fermentativo, que favoreceu o desenvolvimento de microrganismos desejáveis, e, reduziu a população de fungos provavelmente por meio da ação antifúngica propiciada pela adequada produção de ácido acético, o que favoreceu baixa produção de etanol. Houve redução dos teores de ácido butírico, aumento de ácido lático, e, consequente redução dos valores de pH, que foram satisfatórios para a conservação do material ensilado. Níveis crescentes da torta de macaúba reduziram a proteólise no material ensilado, o que resultou em menores concentrações de nitrogênio amoniacal. Os teores de fibras foram reduzidos com a adição da torta de macaúba, os teores de proteína elevaram-se, porém, não foram tão expressivos, não houve contribuição da torta de macaúba sobre os carboidratos solúveis. Os teores de extrato etéreo aumentaram com os níveis crescentes da torta de macaúba, o que deve-se atentar para que o uso na alimentação animal não limite o consumo de matéria seca e reduza a digestibilidade da fibra. Nas silagens de capim-elefante com 20% da torta de macaúba, devem ser misturados a outros alimentos com concentração de extrato etéreo menor, as perdas por gases e efluentes foram reduzidas e a recuperação de matéria seca nas silagens de capim-elefante foi aumentada com a inclusão da torta de macaúba, sendo que a adição de 20% proporcionou melhores resultados. O farelo de crambe adicionado na ensilagem de capim-elefante foi eficiente na melhoria do processo fermentativo através da elevação dos teores de matéria seca, da contribuição para o desenvolvimento de microrganismos benéficos em detrimento dos indesejáveis, da predominância da fermentação lática com consequente redução do pH, além do incremento do valor nutricional, principalmente pela elevação do teor proteico e redução dos teores de fibras, contudo, o farelo de crambe favoreceu a elevação dos teores de nitrogênio amoniacal. As perdas por gases e efluentes foram reduzidas e a recuperação de matéria seca nas silagens de capim-elefante foi aumentada com a inclusão do farelo de crambe. O maior nível de inclusão (20%) do farelo de crambe promoveu as melhores características nas silagens de capim-elefante.Item Avaliação de clones de Eucalyptus spp e Corymbia spp em diferentes espaçamentos visando à produção de bioenergia(UFVJM, 2017) Lopes, Emerson Delano; Laia, Marcelo Luiz de; Santos, Alexandre Soares dos; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Universidade Federal de Uberlândia (UFU); Laia, Marcelo Luiz de; Oliveira, Marcio Leles Romarco de; Abrahão, Christóvão Pereira; Oliveira, Paulo Marinho de; Rosado, Antônio MarcosO presente trabalho objetivou avaliar o crescimento, as características químicas e físicas, e as estimativas de massa de dois clones de Eucalyptus spp e dois clones de Corymbia spp implantados em diferentes espaçamentos de plantio, até os 24 meses de idade. Para tanto, foi instalado um experimento em área da empresa Aperam BioEnergia S/A, no município de Itamarandiba – MG. Na avaliação das características dendrométricas do experimento, observou-se nos espaçamentos mais amplos, os maiores valores de DAP em relação aos espaçamentos mais adensados, e os valores de volume por hectare foram inversamente proporcionais ao aumento dos espaçamentos de plantio. A variável altura total foi a que apresentou as menores diferenças no estudo, não sendo observadas reduções em função do adensamento de plantio. Na avaliação das características físicas e químicas dos diferentes materiais genéticos, verificou-se efeito de clone na densidade básica da madeira e casca, sendo a densidade básica dos clones de Corymbia superiores aos dos clones de Eucalyptus. Já os teores de lignina na madeira seguiu tendência inversa. Quanto aos teores de carbono na madeira e casca não foi observado efeito significativo de clone ou de espaçamento. Quanto às estimativas de massa, ficou constatada relação direta entre a produção de massa seca com o adensamento dos espaçamentos. A mesma tendência foi verificada para as massas de carbono, cabendo ao clone C3 (híbrido de Corymbia citriodora x C. torelliana) os melhores resultados para as estimativas de massa seca e massa de carbono por hectare. Os materiais híbridos de Corymbia spp, especialmente o clone híbrido de Corymbia citriodora x C. torelliana, podem ser utilizados como alternativa para o uso bioenergético, preferencialmente em espaçamentos mais adensados. De maneira geral, os resultados do presente estudo evidenciaram variações na produção e na qualidade da biomassa florestal entre os materiais genéticos e espaçamentos testados. Assim, não se deve utilizar apenas única propriedade para classificação da madeira/casca, pois vários fatores afetam o desempenho energético da biomassa florestal.Item Novo catalisador heterogêneo magnético SiO2/KI/γFe2O3 para reação de transesterificação em óleos vegetais para produção de biodiesel(UFVJM, 2017) Macedo, Alice Lopes; Fabris, José Domingos; Pereira, Márcio César; Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM); Fabris, José Domingos; Roa, Juan Pedro Bretas; Cavalcante, Luis Carlos Duarte; Pasa, Vânya Márcia Duarte; Verly, Rodrigo Moreira; Nelson, David LeeA crescente demanda global por combustíveis líquidos para transporte, geração de eletricidade, atividade industrial e produção agropecuária tem imposto planejamento de ações direcionadas ao uso de fontes ambientalmente limpas de energia. Os derivados da biomassa são alternativas econômica e tecnicamente viáveis aos de origem fóssil, não renovável, ora dominantes na matriz energética global. O biodiesel, líquido formado por uma mistura de ésteres de ácidos graxos, é adequado à operação em motores de combustão interna de ciclo Diesel, em substituição ou em complemento ao petrodiesel, ou em outras máquinas térmicas. O propósito central do presente trabalho foi o desenvolvimento de um catalisador sólido economicamente viável, quimicamente eficiente e ambientalmente limpo para a produção de biodiesel via processos de transesterificação de triacilgliceróis dos óleos de macaúba ou de soja, com metanol. Foi preparado o catalisador heterogêneo baseado em iodeto de potássio impregnado em sílica amorfa (SiO2; derivada de areia da construção civil) e misturada a um componente magnético sintético (maghemita, γFe2O3). As estruturas química, cristalográfica e hiperfina essenciais e as propriedades magnéticas dos materiais precursores e do catalisador sólido foram investigadas. O teor de ésteres e a composição dos biodieseis produzidos foram determinados por cromatografia de fase gasosa acoplada a espectrômetro de massa. A composição química do catalisador, verificada por espectroscopias de energia dispersiva sob feixe de elétrons e por fluorescência de raios X (FRX), confirmou a ocorrência de Si, Fe, K, e I. As áreas específicas BET encontradas para os componentes individuais, SiO2, γFe2O3 e do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, foram 352, 102, e 19 m2 g-1, respectivamente. A significativa redução da área específica do catalisador aponta que os componentes foram efetivamente impregnados no suporte. A morfologia das partículas visualizadas por microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão revela a textura esponjosa do catalisador SiO2/KI/γFe2O3, similarmente ao suporte de sílica; o óxido de ferro magnético aparece como material altamente organizado, cristalino, disperso no suporte. Os dados Mössbauer e da magnetometria do óxido de ferro magnético puro e no catalisador confirmam ser a maghemita, resultando em uma magnetização de saturação do catalisador de 4,6 emu g-1. O catalisador SiO2/KI/γFe2O3, usado na transesterificação de triacilgliceróis, na proporção em massa em relação ao óleo da amêndoa de macaúba de 4,5% e razão molar óleo:metanol de 1:35, levou à produção de 94,3 massa% de ésteres, após 8 h de reação. Foi experimentalmente observado que a maghemita tem comportamento químico-catalítico sinérgico com os demais componentes do catalisador. O SiO2/KI/γFe2O3 foi reutilizado em seis reações consecutivas com óleo de soja, na mesma proporção do catalisador e razão molar óleo:metanol de 1:35, com rendimentos de 94,5% e tempo reacional de 110 min, para o primeiro ciclo, e de 61,2% e 150 min, para o último ciclo. O catalisador, antes e após cada ciclo de reuso, e as alíquotas das reações foram analisados por FRX, que mostrou que não há perda significativa dos componentes do catalisador. Os resultados demonstram uma perspectiva tecnológica que permite redução substantiva do volume de efluentes poluentes e utilização de diferentes matérias-primas oleaginosas de alto potencial para a produção de biodiesel.