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Tipo de Documento: Tese
Título: Termoconversão do sistema caulinar da mandioca para a obtenção de bioprodutos de valor agregado
Título(s) alternativo(s): Thermoconversion of the cassava shoot system to produce value-added bioproducts
Autor(es): Silva, Wenes Ramos da
Data do documento: 18-Jul-2025
Orientador: Wisniewski Junior, Alberto
Resumo: Há um interesse crescente na utilização de biomassas lignocelulósicas residuais para a produção de biomateriais, biocombustíveis e químicos renováveis devido à sua grande disponibilidade e baixo custo. Nesse contexto, a biomassa residual da colheita da mandioca, cultura amplamente cultivada no Brasil, se destaca como uma fonte de matéria-prima para produtos de interesse ambiental e econômico. Neste estudo, foi realizada a pirólise da biomassa proveniente do sistema caulinar da mandioca (SCM), constituída pela parte aérea da planta e rizoma, nas temperaturas de 400, 500 e 600 °C, e caracterizados os produtos da conversão termoquímica. Os maiores rendimentos de bio-óleo (BO) (12,6%) e gás pirolítico (34,1%) foram obtidos a 600 °C, enquanto o biocarvão (BC) atingiu o rendimento máximo de 38,9% a 400 °C. As análises imediata e elementar revelaram aumento do grau de carbonização, aromaticidade e poder calorífico dos biocarvões produzidos em temperaturas mais elevadas, associada a redução da funcionalização orgânica observada por FTIR. A desfuncionalização juntamente com a elevação do teor de inorgânicos no biocarvão elevou o pH de 5,6 para 9,17. Quando aplicado no solo, o BC600C, na dose de 50 ton ha−1 apresentou o maior efeito sobre a retenção hídrica. A partir do processo de granulação do biocarvão, foi produzido um fertilizante de solos com até 12,2% de ureia, o qual beneficiou o desenvolvimento inicial das plantas de milho, fornecendo a nutrição necessária e estimulando o crescimento quando utilizado na taxa de aplicação adequada, equivalente a 100 kg de N ha−1. A temperatura de pirólise também afetou a composição dos produtos líquidos, acarretando na desfuncionalização do BO600C, observado por FTIR, o que foi refletido no menor índice de acidez total desse bio-óleo (68 mg KOH g−1). Os bio-óleos BO400C e BO500C apresentaram os maiores teores de carbono e menores de oxigênio, sendo este último o que apresentou maior teor de fenólicos totais, ~41% EAG, confirmado pela análise por GC/MS (33,8% da área total), seguidos por ácidos carboxílicos (15,5%) e álcoois (9,9%). Na caracterização química por (–)FT-Orbitrap MS, destacou-se a presença das classes O2‒7, principalmente compostos fenólicos. No modo positivo, os constituintes predominantes foram das classes Ny e OxNy, provenientes principalmente da degradação térmica de proteínas. De modo geral, os bio-óleos de SCM, especialmente BO500C e ii BO600C, se apresentaram como fontes promissoras de compostos fenólicos renováveis, os quais podem ser integrados à indústria de transformação em substituição aos derivados fósseis. Já os biocarvões apresentam, dentre as diversas aplicações tecnológicas, aplicação no condicionamento do solo e na melhoria de suas características hidrológicas, além de ser uma forma eficiente de sequestro de carbono e potencial matéria-prima para a produção de fertilizantes de liberação controlada.
Abstract: There is increasing interest in the use of residual lignocellulosic biomass to produce biomaterials, biofuels, and renewable chemicals due to its high availability and low cost. In this context, the residual biomass from cassava harvesting has been proposed as a potential source of raw material for environmentally and economically valuable products. This study evaluated the pyrolysis of biomass from the cassava shoot system (SCM), which includes the aerial parts of the plant and the rhizome, at temperatures of 400, 500, and 600 °C, and characterized the thermoconversion products. The highest yields of biooil (12.6%) and pyrolytic gas (34.1%) were achieved at 600 °C, while biochar reached a maximum yield of 38.9% at 400 °C. Immediate and elemental analyses revealed an increase in the degree of carbonization, aromaticity, and calorific value of the biochar produced at higher temperatures, associated with a decrease in organic functionalization observed by FTIR. De-functionalization, together with an increase in the inorganic content of the biochar, raised the pH from 5.6 to 9.17 and, when applied to soil, BC600C most effectively improved field capacity and water retention at the application rate of 50 tons ha−1. From the biochar granulation process, a soil fertilizer with up to 12.2% urea was produced, which benefited the initial development of corn plants by providing the necessary nutrition and stimulating growth when applied at the appropriate rate, equivalent to 100 kg of N ha−1. The pyrolysis temperature also affected the composition of the liquid products, resulting in the de-functionalization of BO600C as observed by FTIR analysis, which was reflected in the lower total acidity index of this biooil (68 mg KOH g−1). BO400C and BO500C had the highest carbon and lowest oxygen contents, with BO500C having the highest total phenolic content, ~41% EAG, confirmed by GC/MS analysis (33.8% of the total area), followed by carboxylic acids (15.5%) and alcohols (9.9%). The chemical characterization by (−)FT-Orbitrap MS highlighted the presence of classes O2‒7, mainly phenolic compounds. In the positive mode, the predominant constituents were from the Ny and OxNy classes, mainly from the thermal degradation of proteins. Among the pyrolysis products, SCM bio-oils, especially BO500C and BO600C, proved to be promising sources of renewable phenolic compounds, which can be integrated into the chemical industry to replace fossil derivatives. As for the biochar, among iv its many technological applications, it can be used to condition the soil and improve its hydrological characteristics. Additionally, biochar serves as an effective method for carbon sequestration and is also potentially valuable raw material for the production of controlled-release fertilizers.
Palavras-chave: Mandioca
Manihot esculenta Crantz
Pirólise
Solos
Óleos vegetais
Carvão vegetal
Fenóis
Condicionador de solos
Oligômeros
Bio-oleômica
Pyrolysis
Soil conditioner
Phenolic compounds
Oligomers
Bio-oilomics
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Química
Citação: SILVA, Wenes Ramos da. Termoconversão do sistema caulinar da mandioca para a obtenção de bioprodutos de valor agregado. 2025. 175 f. Tese (Doutorado em Química) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2025.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/24073
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