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https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39415
Tipo: | Tese |
Título: | Gaseificação do endocarpo do coco da baía usando água supercrítica e nanocatalisador à base de níquel |
Autor(es): | Marcelino, Marcela Magalhães |
Primeiro Orientador: | Torres, Ednildo Andrade |
Segundo Orientador: | Melo, Silvio Alexandre Beisl Vieira de |
metadata.dc.contributor.referee1: | Lora, Electo Eduardo Silva |
metadata.dc.contributor.referee2: | Pessoa, Fernando Luiz Pellegrini |
metadata.dc.contributor.referee3: | Macêdo, Emanuel Negrão |
metadata.dc.contributor.referee4: | Fiuza Júnior, Raildo Alves |
metadata.dc.contributor.referee5: | Torres, Ednildo Andrade |
Resumo: | O aproveitamento da biomassa sólida residual para geração de energia e compostos intermediários tem despertado o interesse da indústria em função das pressões da sociedade e dos órgãos governamentais quanto às questões climáticas em todo o mundo. No Brasil, a casca de coco, sobretudo o endocarpo, é uma biomassa residual abundante e com potencial significativo para aproveitamento energético. Entre as diversas rotas de conversão termoquímica da biomassa, destaca-se a tecnologia de gaseificação em água supercrítica (SCWG, do inglês Supercritical Water Gasification) para conversão da biomassa em gás de síntese com maior concentração de H2 e baixos teores de alcatrão e carvão, relativamente pouco estudada na literatura. Para aumentar a eficiência da SCWG, uma alternativa é a impregnação da biomassa com nanocatalisadores. A presente tese investigou o uso de um catalisador nanoestruturado à base de níquel, impregnado ao endocarpo do coco, para a sua gaseificação usando a água supercrítica ( T > 375 oC e P > 22,1 MPa) como meio reacional. O planejamento de experimentos de Box-Behnken, seguindo o Método da Superfície de Resposta (MSR), foi a abordagem escolhida para o desenvolvimento dos testes experimentais de SCWG do endocarpo da casca de coco. Avaliou-se o efeito das seguintes variáveis na eficiência e rendimento do processo de gaseificação: temperatura (400, 450 e 500°C), tempo de residência (20, 40 e 60 min) e concentração de alimentação de biomassa (20, 25 e 30%). Além disso, características dos produtos gasoso, líquido e sólido também foram analisadas. O impacto da presença e concentração do catalisador na eficiência e rendimento da gaseificação da biomassa em água supercrítica foi especialmente avaliado. A partir das etapas de caracterização das biomassas impregnadas em soluções salinas de níquel, com concentrações 1 Molar (1M) e 2 Molar (2M), constatou-se a presença de níquel em 1,6 e 5,6% em massa , com tamanhos de partículas de 7,2 e 13,5 nm. Através da aplicação da MSR, observou-se que a temperatura foi a variável de maior efeito na composição do produto gasoso. A maior concentração de níquel na amostra 2M propiciou a obtenção de maiores teores de H2 (15,2 mol%), eficiências de processo, e transição dos íons de níquel para a forma de nanopartículas (Ni(0)). Além disso, a composição química do produto líquido evidenciou a capacidade significativa do níquel em promover a decomposição da lignina em fenol, facilitando a reação de hidrogenação do fenol e subsequente produção de gás. A presente tese gerou um novo conhecimento à área promissora do processo SCWG, com a impregnação de um nanocatalisador de níquel na biomassa de coco, visando aumentar eficiência da sua conversão em gás de síntese, priorizando a obtenção de maior concentração de hidrogênio renovável. |
Abstract: | The utilisation of residual solid biomass for energy generation and intermediate compounds has sparked industry interest due to societal and governmental pressures regarding global climate issues. In Brazil, coconut husk, especially the endocarp, is an abundant residual biomass with significant potential for energy utilization. Among various thermochemical conversion routes for biomass, Supercritical Water Gasification (SCWG) stands out, converting biomass into synthesis gas with higher H2 concentration and low tar and coal content. This technology is relatively understudied in the literature. To enhance SCWG efficiency, an alternative is the impregnation of biomass with nanocatalysts. This thesis investigated a nanostructured nickelbased catalyst impregnated into coconut endocarp for its gasification using supercritical water (T > 375°C and P > 22.1 MPa) as a reactive medium. The Box-Behnken experimental design, following the Response Surface Methodology (RSM), was chosen for planning the SCWG tests on coconut husks. The effects of the following variables on the efficiency and yield of the gasification process were evaluated: temperature (400, 450, and 500°C), residence time (20, 40, and 60 minutes), and biomass concentration (20, 25, and 30%). Additionally, the characteristics of gas, liquid, and solid products were also analysed. The impact of the presence and concentration of the catalyst on the efficiency and yield of supercritical water gasification of biomass was particularly assessed. From the characterization of biomass impregnated with nickel salt solutions at concentrations of 1 Molar (1M) and 2 Molar (2M), it was observed that nickel was present at 1.6 and 5.6 wt%, with particle sizes of 7.2 and 13.5 nm. Through the application of RSM, it was observed that temperature had the greatest effect on the composition of the gas product. The higher nickel concentration in the 2M sample resulted in higher H2 content (15.2 mol%), process efficiencies, and the transition of nickel ions to the form of nanoparticles (Ni(0)). Additionally, the chemical composition of the liquid product demonstrated the significant ability of nickel to promote lignin decomposition into phenol, facilitating the hydrogenation reaction of phenol and subsequent gas production. This thesis generated a new knowledge in the promising field of the SCWG process by impregnating a nickel nanocatalyst into coconut biomass, aiming to increase the efficiency of its conversion into synthesis gas, with a focus on obtaining a higher concentration of renewable hydrogen. |
Palavras-chave: | Endocarpo da casca de coco Gaseificação em água supercrítica Nanocatalisadores Níquel |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editora / Evento / Instituição: | UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA |
Sigla da Instituição: | UFBA |
metadata.dc.publisher.department: | Escola Politécnica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/39415 |
Data do documento: | 5-Abr-2024 |
Aparece nas coleções: | Tese (PEI) |
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Tese_Marcela_Final.pdf | Tese de doutorado - Marcela Magalhães - PEI (UFBA) | 3,01 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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