Desenvolvimento e análise energética do processo de obtenção do biodiesel de microalga por metanólise in situ

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho Júnior, Rui Miguel de
Data de Publicação: 2010
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/24046
Resumo: Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho Vargas
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spelling Ramos, Luiz Pereira, 1960-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPEVargas, José Viriato Coelho, 1958-Carvalho Júnior, Rui Miguel de2024-05-24T18:06:12Z2024-05-24T18:06:12Z2010https://hdl.handle.net/1884/24046Orientador: Prof. Dr. José Viriato Coelho VargasCoorientador: Prof. Dr.Luiz Pereira RamosDissertação(mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Engenharia - PIPE. Defesa: Curitiba, 26/03/210Bibliografia: fls. 75-85Área de concentração: Engenharia e ciência de materiaisResumo: As fontes de biocombustíveis derivados de culturas terrestres, tais como, soja e colza têm pressionado cada dia mais o mercado de alimentos, contribuindo também para a escassez de água potável e para a destruição das florestas no mundo. Neste sentido, as microalgas apresentam grande potencial em substituição a essas fontes, no que tange à produção de biodiesel, e várias vantagens em relação aos egetais superiores, como por exemplo, maior seqüestro de CO2 e maior rendimento de óleo por área cultivada. Estes produtos podem ser transformados em biocombustíveis e co-produtos valiosos. Desta forma, este trabalho teve como objetivo principal investigar a viabilidade energética de produzir biodiesel a partir de microalgas. Para isso foram testadas as microalgas Nannochloropsis oculata, Phaeodactylum tricornutum e Thalassiosira fluviatilis, sendo que todas as espécies foram cultivadas com o meio Guillard F/2 e fotoperíodo natural, ou seja, sem luz artificial. Depois de atingida a fase estacionária de cultivo, foram então floculadas para posteriormente serem secas, sendo neste processo utilizada a secagem por aspersão ("spray drying") para as espécies Nannochloropsis oculata e Phaeodactylum tricornutum e secagem em estufa para a espécie Thalassiosira fluviatilis. Com a biomassa microalgal seca, foram realizados ensaios de extração de lipídeos utilizando como solventes álcool etílico ou hexano, em um extrator do tipo "soxhlet", variando-se apenas o tempo de extração de 6 horas e 24 horas com ambos os solventes. A reação de transesterificação foi realizada em laboratório utilizando um balão de 500 mL sendo este aquecido em banho de glicerina até a temperatura desejada (80 °C), no entanto, esta reação foi realizada apenas com a espécie N. oculata, tendo a adição da mistura de metanol:ácido clorídrico:clorofórmio (10:1:1, v/v/v) iretamente na biomassa seca (2g de microalga), ou seja, in situ, com agitação constante, temperatura de 80 ºC e 2 horas de reação. Foram utilizadas a técnica de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (IVTF) e cromatografia gasosa acoplada com espectroscopia de massas para caracterizar os produtos obtidos. As propriedades físicas tais como poder calorífico, índice de iodo, índice de saponificação, viscosidade cinemática e número de cetano foram determinadas com o intuito de caracterizar o produto da reação como possível biocombustível. Além dessas propriedades, a eficiência energética do processo de obtenção dos ésteres também foi avaliada. Por meio da técnica de IVTF foi possível identificar as principais bandas de absorção de ésteres, sendo encontradas na região de 1741 cm-1 (C=O), 1168-1243 cm-1(C – O), além das bandas características de deformações axiais e angulares de C – H em 2921, 1461, 1377, 719 cm-1. Com a realização da análise de cromatografia gasosa acoplada com a espectroscopia de massas, foi possível identificar os principais ácidos graxos contido nos triacilglicerídeos da microalga testada, tendo um percentual de aproximadamente 60% ácidos graxos insaturado e 40% ácidos graxos saturado. Com estes dados foi possível estimar as propriedades como biocombustível deste material, tendo como parâmetros as normas ANP 07, ASTM e EN/DIN, onde apenas em relação a viscosidade cinemática (ASTM e EN/DIN) os monoésteres obtido encontraram-se fo a do estabelecido, no entanto, respeitando a norma nacional (ANP 07). Em relação a eficiência energética, este processo demonstrou uma eficiência bioenergética, tendo a liberação de energia de aproximadamente 40%, ou seja, output superior ao input.Abstract: However, the sources of biofuels derived from food crops, such as soybean and rapeseed have increasingly pressed the food market, which also contributes to fresh water scarcity and destruction of forests in the world. In this sense, the algae have great potential to replace those sources with respect to the production of biodiesel, and several advantages over the higher plants, such as increased sequestration of CO2 and higher oil yield per area cultivated. These products can be transformed into biofuels and valuable co-products. Thus, this study aims to investigate the feasibility of producing biodiesel from microalgae. For that, the microalgae annochloropsis oculata, Phaeodactylum tricornutum and Thalassiosira fluviatilis were tested, and all species were grown in medium Guillard F/2, under natural photoperiod, i.e., without artificial light. After reaching the stationary phase of cultivation, they were then floccula ed for later drying, and the process used spray drying for Nannochloropsis oculata and Phaeodactylum tricornutum and greenhouse drying for Thalassiosira fluviatilis. From the dry microalgal biomass, lipid extraction tests were performed using solvents such as ethanol or hexane in a soxhlet extractor type, varying only the extraction time from 6 to 24 hours with both solvents. The transesterification reaction was carried out in the laboratory using a 500 mL flask whick is heated in glycerin until the desired temperature (80 °C), however, this eaction was performed only with the species N. oculata, with the addition of methanol: hydrochloric acid: chloroform (10:1:1, v / v / v) directly on the dry biomass, ie, in situ, with constant stirring, temperature of 80 º C and 2 hours duration. The Fourier Transform-Infrared Spectroscopy (FTIR) technique and gas chromatography coupled with mass spectroscopy were utilized to characterize the products obtained. Physical roperties such as heating value, iodine value, saponification number, kinematic viscosity and cetane number were determined in order to characterize the reaction product as a possible biofuel. Besides these roperties, the energetic efficiency of the process for obtaining the esters was also evaluated.By means of FTIR technique was possible to identify the main absorption bands of esters, being found in the region of 1741 cm-1 (C = O), 1168-1243 cm-1 (C - O), besides the characteristic bands of deformation axial and angular C - H in 2921, 1461, 1377, 719 cm-1. With the analysis of gas chromatography coupled with mass pectroscopy, it was possible to identify the major fatty acids contained in triglycerides from the microalgae tested, with a rate of approximately 60% unsaturated fatty acids and 40% saturated fatty acids. With these data it was possible to estimate the properties of this material as biofuel, taking as parameters the NPA norms in 2007, ASTM and EN / DIN, where only for the kinematic viscosity (ASTM and EN / DIN) obtained from the monoesters were found outside the established resource However, respecting the national standard (ANP 2007). For efficiency, this process demonstrated a bioenergetic efficiency, and the energy release of about 40%, ie, output exceeds the input.85f. : il. [algumas color.], grafs.,tabs.application/pdfDisponível em formato digitalBiodieselMicroalgaEspectroscopia de infravermelhoEngenharia de Materiais e MetalurgiaDesenvolvimento e análise energética do processo de obtenção do biodiesel de microalga por metanólise in situinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALDissertacao Final_ Rui Miguel de Carvalho Junior.pdfapplication/pdf2046883https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24046/1/Dissertacao%20Final_%20Rui%20Miguel%20de%20Carvalho%20Junior.pdfcd2899472392e207322fba51587f777aMD51open accessTEXTDissertacao Final_ Rui Miguel de Carvalho Junior.pdf.txtExtracted Texttext/plain143603https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24046/2/Dissertacao%20Final_%20Rui%20Miguel%20de%20Carvalho%20Junior.pdf.txt64450343ad21a3c10ce736dde2dd47a3MD52open accessTHUMBNAILDissertacao Final_ Rui Miguel de Carvalho Junior.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1614https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/24046/3/Dissertacao%20Final_%20Rui%20Miguel%20de%20Carvalho%20Junior.pdf.jpg51ddc584a87a222495d5222be1cc838fMD53open access1884/240462024-05-24 15:06:12.838open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/24046Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-05-24T18:06:12Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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