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Biorrefinarias22
1º Workshop em Biorrefinarias22
20 de maio de 2022
Universidade de Évora
Évora, Portugal
ii
iii
Ficha técnica
Título: Biorrefinarias22
Autores: Inês Matos, Isabel Pestana da Paixão Cansado, Maria Bernardo, José Eduardo
Castanheiro e Paulo Alexandre Mira Mourão
Edição: Universidade de Évora
Editores: José Eduardo Castanheiro, Paulo Alexandre Mira Mourão, Isabel Pestana da
Paixão Cansado
Impressão: Serviço de Reprografia e Publicações da Universidade de Évora
Maio 2022
ISBN DIGITAL: 978-972-778-267-3
iv
v
Índice
Capítulo Título Página
1. Valorização de biorresíduos numa perspetiva da economia
circular.
1-14
2.
Conversão de resíduos da biomassa em materiais adsorventes.
15-22
3. Processos termoquímicos de conversão de biomassa em energia
e outros compostos.
23-30
4. Biorrefinarias: uma solução para o futuro? 31-38
vi
vii
1
CAPÍTULO 1
Valorização de biorresíduos numa perspetiva da
economia circular
I.P.P. Cansado1,2,*, P.A.M. Mourão1, J. E. Castanheiro1
1MED, Instituto de Investigação e Formação Avançada, Departamento de Química,
Escola de Ciências e Tecnologia, Universidade de Évora, Rua Romão Ramalho nº59,
7000-671 Évora – Portugal
2LAQV.Requimte- Laboratório Associado para a Química Verde
Email: ippc@uevora.pt
1. Introdução
A qualidade de vida a que a nossa sociedade se habituou, assenta num consumismo
excessivo que culmina com uma produção exagerada de resíduos. Os desperdícios, que
há uns anos atrás eram identificados como resíduos e por isso eram enviados para as
lixeiras ou aterros sem qualquer tipo de retorno económico, hoje em dia são identificados
como sub produtos e reconhecidos como possíveis matérias primas para utilização em
novos processos.
Segundo o Decreto – Lei nº 73/2011 de 17 de Junho, que apresenta a legislação
fundamental no âmbito da gestão de resíduos, transpõe a Diretiva nº 2008/98/CE, de 19
de novembro, e altera o Decreto – Lei nº 178/2006, a deifinição de resíduos é a seguinte
“quaisquer substâncias ou objetos de que o detentor se desfaz ou tem a intenção ou a
obrigação de se desfazer” [1].
Os resíduos podem ser classificados com base na sua origem, forma e estado físico,
propriedades físico-químicas, entre outros. Quanto à sua proveniência, os mesmos podem
ser agrupados em resíduos hospitalares, domésticos, industriais, construção e demolição,
eletrónicos, agrícolas e urbanos. Todos os resíduos, quer sejam biorresíduos ou resíduos
inorgânicos, devem ser descartados adequadamente, por forma a contribuir para uma
redução de problemas de saúde, da produção de gases com efeito de estufa, do aumento
da qualidade dos solos, dos cursos hidricos e do meio ambiente de uma maneira geral. O
Decreto-Lei n.º 102-D/2020, de 10 de dezembro apresenta as politicas referentes à gestão
de resíduos, sendo que as mesmas têm evoluído no sentido da gestão sustentável dos
memos, tendo como objetivos fundamentais “preservar e melhorar a qualidade do
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ambiente, proteger a saúde humana, assegurar uma utilização prudente, eficiente e
racional dos recursos naturais, reduzir a pressão sobre a capacidade regenerativa dos
ecossistemas, promover os princípios da economia circular, reforçar a utilização da
energia renovável, aumentar a eficiência energética, reduzir a dependência de recursos
importados, proporcionar novas oportunidades económicas e contribuir para a
competitividade a longo prazo” [2].
2. Economia circular nos resíduos sólidos urbanos
A evolução da nossa sociedade está cada vez mais dependente de uma mudança no
paradigma do estilo de vida. É necessário assumir desde já a necessidade de um consumo
sereno, onde o conhecimento do ciclo de vida dos produtos levará a escolhas assertivas e
permitirá uma redução das emissões de gases com efeito de estufa, a redução da extração
de matérias primas, a redução de desperdícios e a manutenção do nosso planeta tal como
o conhecemos. Uma forma de atenuar este problema passa por uma mudança de
consciencias e hábitos. É necessário opor-se a uma economia linear, assente no
consumismo imediato e descartável e apoiar os princípios de uma economia circular,
assente num conceito que apadrinha a redução, reutilização, recuperação, restauração,
renovação e reciclagem de materiais e energia.
Torna-se inadiável promover as abordagens circulares que priorizam os produtos
reutilizáveis, e produzidos a partir de matérias primas preferencialmente recicladas, e aos
sistemas de reutilização sustentáveis e não tóxicos em vez dos produtos de utilização
única, tendo como enfoque a redução dos resíduos gerados [2].
A 30 de maio de 2018 foi aprovada a Diretiva (UE) 2018/851 do Parlamento Europeu que
altera a Diretiva 2008/98/CE relativa aos resíduos e que introduziu a obrigatoriedade de
implementação a nível Europeu de redes de recolha seletiva de biorresíduos ou de
proceder à separação e reciclagem na origem dos mesmos. A diretiva introduziu também
uma meta em relação à redução das quantidades de resíduos que podem ser colocados nos
aterros, com a especificidade de que a partir de 2030, os aterros não poderão aceitar
quaisquer resíduos que possam ser reciclados ou valorizados por outras vias. No
seguimento desta diretiva foram definidas metas em relação às percentagens de
reciclagem que se pretedem alcançar gradualmente nos próximos anos, ou sejam 55% em
2025, 60% em 2030 e 65% em 2035 [3].
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Os 5R’s são frequentemente associados aos resíduos de plástico, papel e vidro, que após
um processo de recolha selectiva, já vastamente implementado, são enviados para
reciclagem. Mas há uma diversidade de outros residuos (orgânicos), menos explorada,
que também pode ser valorizada através de um processo de triagem e reciclagem.
Mundialmente são produzidos cerca de 1,4 biliões de toneladas de Resíduos Sólidos
Urbanos (RSU) por ano, o que corresponde a uma média de 1,2 kg per capita, por dia,
cujo exemplo é ilustrado na figura 1, sendo que uma grande percentagem destes RSU
ainda é direcionada para o contentor dos indiferenciados.
Figura 1. Imagem de resíduos domésticos, foto dos autores.
Estes dados são ainda mais preocupantes, quando o Banco Mundial e a Organização das
Nações Unidas preveem um acréscimo dos resíduos sólidos urbanos, na ordem dos 350%,
até 2050 [4]. Em Portugal, em 2020 foram produzidos cerca de 5,3 milhões de
toneladas de resíduos urbanos (RU), com composição tipica de 36,9% de biorresíduos,
11,42% plástico, 10.06% papel e cartão, 8,48% texteis e sanitários, 7,23% vidro, 4,22%
resíduos volumosos, 3,94% compósitos, 3,78% texteis, 1,96% metais, 1,39% resíduos
verdes (recolhidos de forma selectiva), 0,75 madeira, 0,06% resíduos perigosos e 2,47%
outros residuos. Destes resíduos uma perentagem de 64,2% foi enviada diretamente para
aterro em 2020, como ilustrado na figura 2.
4
Figura 2. Destino dos resíduos urbanos produzidos em Portugal, adaptado de APA,
2021 [4].
Para que as metas de reciclagem sejam alcançadas é necessário que as estratégias
definidas sejam exequíveis, pois só assim será possível alcançar uma redução da
quantidade de resíduos produzidos através da reintrodução nos vários processos
produtivos de matérias primas secundárias que possam substituir as matérias-primas
extrativas. Esta circularidade das matérias primas levará em última análise a uma redução
da aquisição de matérias primas primárias a outros países.
3. Resíduos orgânicos e inorgânicos
Os resíduos orgânicos são biodegradáveis, ou seja em condições controladas são
facilmente decompostos por outros organismos vivos. Nesta categoria incluem-se os
restos provenientes das atividades agrícolas, agro-pecuárias e processamento de
alimentos, folhas, restos de comida, enfim todos os restos de plantas ou animais mortos.
Nesta categoria também estão incluídos os biorresíduos industriais, entre os quais são
identificados alguns desperdícios como: têxteis, açúcares, papel, óleo de palma, cortiça,
restos do processamento de alimentos, da padaria, laticínios, curtumes, silvicultores e
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transformação de madeira. Na realidade, a maioria das indústrias que produzem
biorresíduos estão ligadas ao sector agrícola.
Por seu lado, os resíduos inorgâncios provém de extração de matérias primas não
renováveis. Os resíduos inorgânicos apresentam tempos de degradação muito longos e
nesta categoria incluem-se os copos e pratos descartáveis, garrafas de água e sumos,
garrafas de vidros, e as latas de alumínio e toda uma diversidade de itens em plástico ou
vidro de uso diário.
3.1. Classificação dos resíduos em função da sua proveniência
3.1.1. Resíduos biodegradaveis de origem doméstica, urbana, agrícola e industrial
Com base no Decreto Lei nº 73/2011, de 7 de Junho, revisto no decreto Lei nº 102-
D/2020, de 10 de dezembro, os biorresíduos são “os resíduos biodegradáveis de espaços
verdes, nomeadamente os de jardins, parques, campos desportivos, bem como os resíduos
biodegradáveis alimentares e de cozinha das habitações, das unidades de fornecimento de
refeições e de retalho e os resíduos similares das unidades de transformação de alimentos”
1, 2]. Na Europa, os vários resíduos estão catalogados no Catálogo Europeu de Resíduos,
poblicado em 2014 [3].
Os biorresíduos quando lançados em corpos hídricos podem proporcionar uma
diminuição da concentração de oxigênio dissolvido nesse meio, provocando a morte dos
animais que aí vivem, o que é acompanhado da libertação de odores desagradáveis. Na
ausência de oxigênio estes resíduos sofrem um processo de degradação anaeróbia e são
transformados em metano, que é um gás que contribui para o efeito de estufa.
3.1.2. Resíduos hospitalares, médicos e biomédicos
Nesta classe (s) incluem-se sólidos, líquidos e outros resíduos provenientes da prestação
de qualquer procedimento médico ou de tratamento. Estes resíduos são produzidos
principalmente nos postos de saúde, laboratórios, lares, dentistas, veterinários e em todas
as instalações onde são prestados cuidados de saúde. Estes resíduos podem apresentar um
carater infecioso ou perigoso e por isso não podem ser colocados nos aterros sanitários
junto com o lixo comum. A sua manipulação requer cuidados especiais com vista à
proteção do público em geral e dos profissionais de saúde. Os resíduos identificados como
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infeciosos são incinerados, enquanto que os utensílios utilizados na prestação de cuidados
médicos são reutilizados após serem submetidos a um processo de esterilização.
3.1.3. Resíduos Químicos
São desperdícios provenientes do uso recorrente nos vários laboratórios e nas fábricas de
produtos químicos nas mais variadas atividades. O descarte destes resíduos obriga a um
processo de separação, identificação e armazenamento em local apropriado. Estes
resíduos são à posteriori eliminados por empresas especializadas neste tipo de descarte.
3.1.4. Resíduos de lixo eletrónico
Toda a sucata eletrónica proveniente das nossas casas ou de qualquer edifício, contém
contaminantes como chumbo, cádmio e diferentes peças metálicas. O seu descarte obriga
a um processo de separação dos metais presentes nos vários componentes, por forma a
permitir a reciclagem seletiva dos mesmos.
3.1.5. Resíduos de negócios e construção
Nos resíduos de negócios e construção estão incluídos todos os resíduos provenientes das
atividades comerciais e industriais, onde se podem incluir os resíduos da construção.
Estes resíduos devem ser recolhidos através de acordos prévios estabelecidos entre as
empresas e as entidades municipais que promovem a respectiva recolha, tratamento e
disposição.
3.1.6. Resíduos domésticos volumosos
São resíduos com dimensões relativamente grandes (volumosos) e que por isso não são
recolhidos com os restantes resíduos sólidos urbanos (RSU). Nesta classe de resíduos
incluem-se os móveis (sofás, cadeirões, mesas, armários), equipamentos de grande porte
(arcas congeladoras, fogões, etc.) e ainda peças de mobiliário de casa de banho ou cozinha
(banheiras, sanitas, lava louça). A recolha destes resíduos deve ser agendada com as
entidades municipais que promovem a respectiva recolha, tratamento e disposição.
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4. Biorresíduos a situação atual
Os biorresíduos podem ser provenientes dos resíduos urbanos biodegradáveis, dos
resíduos orgânicos agrícolas e das explorações agropecuárias e de industriais. Os resíduos
verdes são todos os resíduos biodegradáveis resultantes da manutenção de jardins,
parques e campos desportivos, da agricultura e floresta, como ilustrado na figura 3.
Apesar de representarem uma parcela importante dos resíduos biodegradáveis, ainda não
existe um levantamento exaustivo sobre o tipo, as quantidades e o seu local de produção,
o que dificulta a recolha seletiva e respectiva valorização.
Figura 3. Subprodutos provenientes da poda das árvores e das limpezas dos jardins
urbanos, foto dos autores.
Os resíduos domésticos orgânicos são maioritáriamnete colocados nos indiferenciados,
com os restantes resíduos, o que acarreta vários problemas. Na realidade, a mistura de
resíduos orgânicos com o papel e cartão, presentes nos indiferenciados, impossibilita a
reciclagem devido à contaminação. Se os biorresíduos domésticos forem recolhidos de
forma seletiva e posteriormente enviados para uma das diferentes formas de valorização,
os beneficios serão múltiplos. O tempo de vida dos aterros sanitários será prolongado, os
resíduos orgânicos, mas também os inorgânicos (que são colocados nos indiferenciados)
poderão ser valorizados contribuindo para um ganho económico mas também ambiental.
De acordo com a avaliação da Agência Europeia do Ambiente, os biorresíduos constituem
a maior componente (34%) de todos os resíduos urbanos da Europa e cerca de 60% desses
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resíduos provem de resíduos de alimentos. Cada cidadão produz anualmente uma média
de 173 Kg de resíduos provenientes da alimentação, o que corresponde a um quinto de
todos os alimentos produzidos [5]. Portugal ainda tem um grande percurso pela frente.
Em 2018, a quantidade de biorresíduos produzida foi de cerca de 1,8 milhões de
toneladas, sendo que este montante equivale a 36,4% da totalidade dos resíduos
produzidos, e apenas 5% dos mesmos foram recolhidos de forma seletiva [6].
5. Valorização de biorresíduos
Os biorresíduos, quando depositados em aterro decompõem facilmente sob a ação dos
microrganismos, representando assim vários problemas para a saúde humana, solo, cursos
hídricos e para o ambiente. Durante o processo de decomposição dos biorresíduos ocorre
a produção de metano, que é um gás de efeito estufa várias vezes mais destrutivo da
camada de ozono do que o dióxido de carbono. Durante a decomposição em aterro
formam-se também uma quantidade significativa de lixiviados, que requerem um
tratamento adequado antes de serem descartados nos corpos hídricos.
Existem diferentes métodos de valorização / reciclagem de lixos orgânicos, cada um dos
quais pode ser indicado em função do grupo de resíduos e do produto final pretendido.
As diferentes formas de valorização dos biorresíduos incluem a extração de compostos
fenólicos, óleos, ou biomoléculas, polissacarídeos e compostos aromáticos para utilização
em diferentes industrias [7]. Os biorresíduos, principalmente os provenientes das
explorações agricolas, podem ser usados diretamente na alimentação dos animais,
podendo ser conservados após um processo de desidratação. Por seu lado, os subprodutos
da agroindústria, podem ser incorporados nas rações para alimentação animal. A parte
dos biorresíduos que contém uma maior percentagem de água pode ser colocada
diretamente nos solos ou pode ser submetida a um processo de compostagem para
produção de fertilizantes e corretivos orgânicos.
Devido aos impactos negativos decorrentes da deposição em aterro e incineração, dos
diferentes resíduos, mas com destaque para os biorresíduos, a digestão anaeróbia tornou-
se uma forma viável de produção de biocombustiveis (Biogás) ou seja uma fonte de
produção de energia renovável. A valorização energética dos biorresíduos ou biomassa
passa pela queima direta para produção de energia; gaseificação que consiste na
9
transformação de resíduos sólidos (biomassa) em gases, através de reações
termoquímicas que envolvem a presença de vapor quente e ar ou oxigénio em quantidades
inferiores ao mínimo necessário para que ocorra a combustão; pirólise que consiste na
queima parcial dos resíduos na ausência quase total de oxigénio; transesterificação que
transforma os resíduos de óleos vegetais usados num produto intermediário, designado
por biodiesel. A digestão anaeróbica consiste num sistema que digere os resíduos
orgânicos, sendo um processo 100% natural, realizado por microrganismos, que gera um
biocombustível, composto basicamente por dois gases de efeito estufa, o metano e o
dióxido de carbono uma fonte de energia renovável designada por biogás e um resíduo
líquido rico em minerais, que pode ser utilizado como biofertilizante [8-10]. Os açucares
presentes na biomassa podem ser convertidos em álcoois, através de um processo de
fermentação que ocorre na presença de leveduras [11]. Os biorresíduos têm uma grande
percentagem de carbono, o que possibilita que sejam valorizados através da sua conversão
em biochar [12] ou materiais adsorventes como os carvões ativados [13, 14].
6. Compostagem dos biorresíduos
A degradação biológica da matéria orgânica é um processo que ocorre naturalmente no
meio ambiente, envolvendo a decomposição da vegetação morta, dejetos de animais e
animais mortos. Como os biorresíduos são ricos em substâncias energéticas e nutritivas
permitem assim o desenvolvimento de microrganismos, que na presença do oxigénio,
promovem a sua decomposição. O composto resultante é rico em nutrientes e minerais,
servindo como um adubo natural e favorecendo o crescimento das plantas. Mesmo que
toda a matéria orgânica possa ser compostada, alguns materiais como lascas de madeira
e papel demoram mais tempo para serem degradados pelos microrganismos do que
alimentos e resíduos agrícolas, que contêm uma grande quantidade de água na sua
composição. No entanto durante o processo de compostagem são adicionadas algumas
aparas para promover o processo de aeração. A figura 2 apresenta alguns exemplos de
biorresíduos de diferentes proveniências que podem ser valorizados através de um
processo de compostagem.
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Figura 4. Resíduos sólidos com potencial de utilização em compostagem.
O processo de compostagem divide-se essencialmente em três fases [9]:
1ª fase – com uma duração de cerca de 15 dias, durante a qual os fungos e bactérias
decompõem o lixo orgânico, a uma temperatura próxima da temperatura ambiente, esta
fase é designada de mesófilica.
2ª fase – com uma duração de aproximadamente 40 dias, durante a qual há um aumento
da atividade dos fungos e bactérias que decompõem o lixo orgânico, a uma temperatura
que varia entre os 65 e 70ºC, esta fase é designada de termofílica.
3ª fase – com uma duração de aproximadamente 30 dias, durante este período ocorre um
abaixamento da temperatura e da atividade microbiana, levando à maturação do composto
[9]. Após este período, o composto encontra-se num estado de maturação que lhe permite
a sua utilização como fertilizante nos solos agrícolas.
A compostagem pode ser realizada a nível doméstico, com recurso a pequenos
compostores ou através da construção de pilhas de compostagem, como ilustrado na
figura 5.
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Figura 5. Imagem de uma pilha preparada para o processo de compostagem de
biorresíduos, resíduos verdes (foto cedida gentilmente por Gilda Matos, Gesamb).
A compostagem permite a redução dos resíduos a colocar nos indiferenciados e permite
a obtenção de um composto de elevada qualidade que pode substituir os fertilizantes
comerciais. Alguns municípios já implementaram um sistema de compostagem com o
objetivo de diminuir os custos com a deposição dos resíduos urbanos em aterro. As
unidades de gestão e recolha de RSU permitem-se a instalação de unidades de
compostagem em grande escala, suportados por unidades de compostagem industrial. O
composto obtido é de elevada qualidade devido a um controlo apertado dos vários
parâmetros determinantes do processo de compostagem, tais como: arejamento,
humidade, temperatura, libertação de odores, granulometria, nutrientes, razão C/N, pH,
metais pesados, consumo de O2 e produção de CO2.
12
7. Conclusão
A bioeconomia circular permite uma melhor utilização dos recursos orgânicos da forma
mais produtiva e económica e “Amiga do Ambiente”. Várias técnicas avançadas e as suas
combinações foram relatadas para valorizar o desperdício alimentar para bens de alto
valor económico. As metas previstas para a valorização dos biorresíduos, com destaques
para os de origem doméstica, só serão atingidas se houver um investimento na separação
nos pontos de produção. Deste ponto de vista, a legislação europeia que é posteriormente
transposta para Portugal obriga à implementação de formas inovadoras de triagem,
separação, transporte e valorização dos biorresíduos dando destaque à valorização dos
biorresíduos de origem doméstica.
A valorização destes resíduos permite a sua conversão num composto orgânico, de
elevada qualidade para uso agrícola, ou na produção de biogás /biodiesel que poderá ser
utilizado como combustível para veículos a gás ou para produção de energia elétrica. Os
biorresíduos, assim como os subprodutos provenientes da digestação anaerobia, podem
ser usados como fertilizantes ou valorizados através da sua transformação em materiais
adsorventes, como por exemplo os biochar e os carvões ativados, cuja demanda no
mercado está em crescente.
Referências
[1] Decreto Lei nº 73/2011,de 7 de junho, DL n.º 73/2011, de 17 de Junho (pgdlisboa.pt),
acedido em 17 de maio de 2022.
[2] Decreto-Lei nº 102-D/2020, de 10 de dezembro, doc.pdf (parlamento.pt), acedido em
17 de maio de 2022.
[3] 2020-orientacoes-biorresiduos-v1.pdf (nomia.pt), 2020-orientacoes-biorresiduos-v1.pdf
(nomia.pt)
[4] Jornal Oficial da União Europeia, decisão da Comissão de 18 de dezembro de 2014.
(2014/955/UE). 2014/955/UE: Decisão da Comissão, de 18 de dezembro de 2014, que altera a
Decisão 2000/532/CE relativa à lista de resíduos em conformidade com a Diretiva 2008/98/CE
do Parlamento Europeu e do Conselho Texto relevante para efeitos do EEE - Publications Office
of the EU (europa.eu)
13
[5] O ambiente na Europa: Estado e perspetivas 2020 Sumário executivo — Agência
Europeia do Ambiente, Agência Europeia do Ambiente acedido em 20 de maio de 2022.
[6] Estratégia dos Biorresíduos | Agência Portuguesa do Ambiente (apambiente.pt),
Biorresíduos | Agência Portuguesa do Ambiente (apambiente.pt), acedido em 17 de maio
de 2022.
[7] Fritsch, C., Staebler, A., Happel, A., Márquez, M.A.C., Abadias, I.A.M., Gallur, M.,
Cigognini, I.M., Montanari, A., López, M.J., Brunton, F.S.N., Luengo, E., Sisti, L., Ferri,
M., Belotti, G. 2017. Processing, Valorization and Application of Bio-Waste Derived
Compounds from Potato, Tomato, Olive and Cereals: A Review. Sustainability, 9 (8),
1492. https://doi.org/10.3390/su9081492
[8] Yaashikaa, P.R., Kumar, P.S., Saravanan, A., Varjani, S., Ramamurthy, R. 2020.
Bioconversion of municipal solid waste into bio-based products: A review on valorisation
and sustainable approach for circular bioeconomy. Sci Total Environ. 15 (748), 141312.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.141312
[9] Sharma, P., Gaur, V.K., Sirohi, R., Varjani, S., Kim, S.H., Wong, J.W.C. 2021.
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https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124684
[10] Ravindran, B., Karmegam, N., Yuvaraj, A., Thangaraj, R., Chang, S.W., Zhang, Z.,
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[12] Amalina, F., Razak, A.S.A., Krishnan, S., Zularisam, A.W., Nasrullah, M. 2022. A
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14
[13] Yahya, M.A., Al-Qodah, Z., Zanariah Ngah, C.W., 2015. Agricultural bio-waste
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review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 46, 218-235.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.051
[14] Cansado, I.P.P., Belo, C.R., Mourão, P.A.M. 2017. Valorisation of Tectona Grandis
tree sawdust through the production of high activated carbon for environment
applications. Bioresour Technol., 249, 328-333. doi: 10.1016/j.biortech.2017.10.033.
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CAPÍTULO 2
Biorrefinarias - conversão de resíduos da
biomassa em materiais adsorventes
P.A.M. Mourão1*, J.E. Castanheiro1, I.P.P. Cansado1,2
1MED, D.Q.B., ECT, Universidade de Évora, Portugal
2LAQV-REQUIMTE, D.Q.B., ECT, Universidade de Évora, Portugal
Email: pamm@uevora.pt
1. Introdução
A biomassa por definição é toda a matéria orgânica, quer seja de origem vegetal ou
animal, que pode ser utilizada como fonte de energia [1]. No entanto, cada vez mais, a
biomassa é vista como uma fonte de oportunidades para outros fins, que vão muito para
lá da sua conversão em energia e, muito em particular, cada vez mais os subprodutos deste
processo despertam o interesse do sector académico, tecnológico e industrial, pelo seu
potencial.
É neste domínio que a conversão de resíduos de biomassa, em particular de origem
vegetal, em adsorventes ganha relevo. Nesta classe de resíduos podemos incluir todos os
desperdícios de biomassa destinados à transformação em biorrefinarias, assim como os
que são gerados ao longo do processo de biorrefinação, como ilustrado na figura 1.
Figura 1. Diferentes tipos de matéria-prima de biomassa (adaptado da referência [2]).
16
Existe assim um conjunto de materiais, ricos em celulose, hemicelulose e lenhina, e, em
cuja composição predomina o carbono, que se mostram propícios à sua transformação em
adsorventes.
Por definição, os adsorventes são todos os materiais que podem ser utilizados em
adsorção. Durante este processo ocorre um aumento da concentração de uma substância
dissolvida, em resultado de interações de superfície, na interface entre uma fase
condensada e uma fase líquida ou fase gasosa [3]. Entre os adsorventes mais comuns neste
processo, associados aos subprodutos das refinarias, surgem o biochar e o carvão ativado.
Os materiais adsorventes são caraterizados por apresentarem na sua generalidade uma
estrutura porosa bem desenvolvida, cujo exemplo se apresenta na figura 2.
Figura 2. Estrutura geral de um adsorvente (adaptado da referência [4]).
2. Conversão de subprodutos em materiais adsorventes
Existem vários processos térmicos, por vezes associados a processos químicos, que
permitem a conversão destes subprodutos em adsorventes. De forma muita resumida, os
desperdícios de biomassa são submetidos a um condicionamento térmico, sob atmosfera
controlada. Quando se pretende um adsorvente mais desenvolvido, entenda-se aqui um
adsorvente com uma maior porosidade ou uma química de superfície mais rica em certos
grupos funcionais, adicionam-se alguns agentes químicos específicos (ex. ácidos, básicos,
metais).
17
A produção destes adsorventes envolve, frequentemente, processos multietapa e que
ocorrem em equipamentos que permitem: i) o condicionamento térmico, em condições
controladas de temperatura, taxa de aquecimento e tempo de residência a temperatura
fixa; ii) uma atmosfera controlada em termos de composição (ex. atmosfera inerte,
oxidante ou redutora); iii) adição de agentes químicos específicos que vão desencadear
os processos de ativação. Os equipamentos mais comuns são as autoclaves e os fornos,
ou ambos com configurações diversas.
2.1. Carbonização
A carbonização pode ser classificada como o processo mais simples para a conversão de
biomassa em adsorventes. Durante este processo, ocorre normalmente um
condicionamento térmico a mais reduzida temperatura, no caso do biochar, sem a
necessidade de adição de agentes químicos, também no caso do carbonizado, embora para
este último a temperatura máxima possa ser superior, como ilustrado na figura 3. Em
termos de equipamentos, normalmente, o biochar é preparado em autoclave e o
carbonizado em forno. A grande vantagem deste processo assenta nos seus elevados
rendimentos, podendo alcançar valores na ordem dos 80% e de 50% para o biochar e
carbonizado, respetivamente [5, 6]. A sua principal fragilidade resulta da obtenção de
materiais com estrutura porosa muito pobre, em particular, um volume poroso muito
reduzido e uma área superficial muito pequena. A área superficial é, normalmente, uma
área externa, e de apenas alguns m2/grama de adsorvente.
Figura 3. Esquema geral do processo de carbonização (adaptado da referência [2]).
18
2.2. Ativação Física
Os processos de ativação são utilizados para desenvolver e melhorar a estrutura porosa e
a química de superfície dos adsorventes. Por esta via há normalmente um aumento do
volume poroso, através da criação de porosidade de igual ou diferente tamanho de poro
(micro, meso e/ou macroporosidade), e o enriquecimento em grupos superficiais
específicos, determinados pelo agente ativante utilizado (ex. CO2) e pela natureza do
desperdício biomássico. O material produzido após gaseificação com o agente ativante
escolhido, pode ser utilizado, frequentemente, sem qualquer etapa adicional (ex.
lavagem), como ilustrado na figura 4. Entre as desvantagens mais significativas desta
ativação temos os valores de rendimento reduzidos, na ordem dos 25%.
Figura 4. Esquema geral do processo de ativação física (adaptado da referência [2]).
2.3. Ativação Química
No caso da ativação química os objetivos continuam a ser o desenvolvimento da estrutura
porosa e o enriquecimento da química superficial do material adsorvente. No entanto,
neste caso a diferença, em relação à ativação física, está na possibilidade de realizar o
processo em condições térmicas mais suaves (normalmente numa gama de temperatura
mais baixa). No entanto, durante a ativação química é necessária a utilização de agentes
químicos específicos (ex. H3PO4, KOH) o que permitir definir de forma muito precisa o
tipo de grupos químicos superficiais que vão cobrir a superfície do adsorvente, como
ilustrado na figura 5. Este método de ativação permite também alcançar rendimentos
superiores (facilmente na ordem dos 50%). Entre as desvantagens deste processo
19
identificam-se a utilização de agentes químicos, por vezes cuja perigosidade não é de
somenos, e as etapas de lavagem e secagem finais.
Figura 5. Esquema geral do processo de ativação química (adaptado da referência [2]).
A lavagem final é necessária para garantir que o agente químico ativante não consumido,
durante o processo de ativação, possa ser recuperado e não vá contaminar o produto final.
Este processo de ativação permite a obtenção, normalmente, dos adsorventes com uma
porosidade mais desenvolvida e com um maior valor económico.
3. Aplicações dos materiais adsorventes
Estes materiais, resultado do balanço entre a sua capacidade adsortiva e o custo de
produção, apresentam um enorme leque de aplicações. Entre estas destacam-se o
tratamento de água residuais, água para consumo humano, remoção de poluentes (ex.
pesticidas), aplicação na área farmacêutica (ex. purificação), purificação de alimentos e
bebidas para consumo humano (ex. vinho), valorização de elementos e compostos
específicos (ex. exploração mineira), no domínio da remediação ambiental (ex. desastres
ambientais), purificação e separação de gases (ex. gases industriais), química laboratorial
e industrial (ex. síntese química), indústria e tecnologia (ex. dispositivos para
armazenamento de energia), medicina (ex. sobredosagem), equipamento para proteção
pessoal (ex. máscaras), construção civil (ex. isolamento), entre muitas outras…, que se
estendem desde as aplicações em fase líquida até à fase gasosa, como exemplos ilustrados
na figura 6.
Estes materiais podem ser utilizados em grande escala, centenas de quilograma, para
correção das características de solos para cultivo agrícola (ex. biochar), tratamento de
águas residuais e água para consumo humano (ex. carbonizado e carvão ativado) e em
20
menor escala, dezenas de grama, para purificação de fármacos e proteção pessoal (ex.
carvão ativado quimicamente).
Figura 6. Esquema geral do processo de conversão de biomassa em adsorventes e
domínios de aplicação (adaptado da referência [7]).
4. Mercado dos adsorventes
Um dos fatores que também ajuda a explicar a importância e o interesse crescente
relativamente à conversão de biomassa em materiais adsorventes é o mercado, em
concreto os valores económicos, associado ao domínio da adsorção e destes adsorventes
em concreto. Entre os inúmeros estudos de mercado, com valores atuais e previsões para
os próximos anos, o cenário comum mostra que este mercado dos materiais adsorventes
vai continuar a crescer de uma forma consolidada.
Como exemplos, o mercado europeu do carvão ativado está avaliado em mais de 745
milhões de euros em 2021 e estima-se que registe uma taxa de crescimento anual
composta ligeiramente superior a 5% durante o período 2022-2027, enquanto que o
21
mercado americano deverá crescer um pouco mais, quase 6%, e foi avaliado, em 2021,
num montante de 340 milhões de euros [8]. Paralelamente, o mercado mundial de biochar
apresenta-se ainda mais dinâmico e com uma taxa de crescimento de dois algarismos,
cerca de 12%, passando de um valor de 153 milhões de euros, em 2021, para um montante
de 340 milhões de euros em 2028 [9].
Um outro especto interessante foi o comportamento diferenciado destes mercados durante
o período mais intenso da pandemia de COVID-19, que se materializou num maior
consumo de carvão ativado, para utilização por exemplo em dispositivos de proteção e
segurança pessoal e numa redução do consumo de biochar, devido por exemplo à
diminuição de atividades agrícolas, industriais, etc. No entanto, nos últimos meses, com
o incremento da vacinação e o retorno gradual à “normalidade” os consumos de ambos
os produtos voltaram a taxas de crescimento muito interessantes para os investidores
económicos.
5. Conclusão
A consciência de que uma gestão mais equilibrada e eficiente dos recursos naturais
contribuirá para uma maior sustentabilidade do nosso planeta, enquanto exemplo de um
sistema necessariamente dinâmico, cujo sucesso dependerá da forma como se faz a
integração dos inúmeros subsistemas que o compõem, permite perceber a importância
que a conversão de resíduos da biomassa, provenientes das biorrefinarias, em materiais
de valor acrescentado, como os adsorventes, pode ter enquanto termo de uma equação
que ajude na obtenção de uma solução sustentável.
22
Referências
[1] https://www.dgeg.gov.pt/pt/areas-setoriais/energia/energias-renovaveis-e-
sustentabilidade/biomassa/ (acedido em 27/05/2022).
[2] Bedia, J., Peñas-Garzón, M., Gómez-Avilés, A., Rodriguez, J.J., Belver, C. A. 2018.
Review on the Synthesis and Characterization of Biomass-Derived Carbons for
Adsorption of Emerging Contaminants from Water. C., 4, 63.
https://doi.org/10.3390/c4040063
[3] IUPAC. Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book").
Compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications,
Oxford. 1997. Online version (2019) created by S. J. Chalk. ISBN 0-9678550-9-8.
https://doi.org/10.1351/goldbook.
[4] http://www.capitalcarbon.in/mp.php (acedido em 27/05/2022).
[5] Yaashikaa, P.R., Senthil Kumar, P., Varjani, S., Saravanan, A. 2020. A critical review
on the biochar production techniques, characterization, stability and applications for
circular bioeconomy. Biotechnology Reports, 28, e00570.
https://doi.org/10.1016/j.btre.2020.e00570.
[6] Ravichandran, P., Sugumaran, P., Seshadri, S., Basta, A.H. 2018. Optimizing the route
for production of activated carbon from Casuarina equisetifolia fruit waste. R. Soc. open
sci.5: 171578, 2018. http://doi.org/10.1098/rsos.171578
[7] Gopinath, K.P., Vo, D.V.N.; Prakash, D.G., Joseph, A.A., Viswanathan, S., Arun, J.
2021. Environmental applications of carbon-based materials: a review. Environ Chem
Lett., 19, 557–582. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01084-9
[8] https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/europe-activated-carbon-
market (acedido em 27/05/2022).
[9] https://www.fortunebusinessinsights.com/industry-reports/biochar-market-100750
(acedido em 27/05/2022).
23
CAPÍTULO 3
Processos termoquímicos de conversão de
biomassa em energia e outros compostos
Inês Matos*1, Maria Bernardo1
1LAQV-REQUIMTE, Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade Nova de
Lisboa , Portugal
Email: ines.matos@fct.unl.pt
1. Introdução
Com a crise energética mundial, e o aumento da consciência ambiental e da preocupação
com as alterações climáticas, torna-se necessário encontrar fontes alternativas de energia.
A biomassa é uma fonte renovável de recursos e o combustível à base de biomassa poderá
ser uma alternativa viável e chegar mesmo a ser mais competitivo durante os períodos de
pico de procura. Assim, têm vindo a ser investigadas e implementadas diferentes vias de
conversão da biomassa em biocombustíveis, energia e outros produtos como por exemplo
a biometanação, a fermentação, as vias termoquímicas, entre outros.
Os processos de conversão de biomassa podem ser classificados, de uma forma geral, em
cinco categorias: (i) Conversão Termoquímica - ação do calor (temperatura), conversão
da energia química; (ii) Conversão Física - estilhamento, densificação (péletes,
briquetes), extração; (iii) Conversão Química - transesterificação, hidrólise; (iv)
Conversão Bioquímica - Processos biológicos e químicos, ação de microrganismos
(fermentação, digestão); (v) Conversão Eletroquímica - reações de oxidação/redução,
células eletroquímicas. O esquema 1 apresenta uma visão global dos diferentes processos
[1].
24
Figura 1. Principais processos de conversão de biomassa e bio resíduos (adaptado de [1]).
Neste capítulo falaremos sobre a conversão termoquímica de biomassa sólida. Estes
processos definem-se como a conversão dos componentes constituintes da biomassa, a
temperatura elevada e na presença ou ausência de oxigénio, em produtos gasosos, líquidos
ou sólidos. Desta forma ocorre a transformação da biomassa em produtos combustíveis,
em energia (calor, eletricidade), e em químicos (bioprodutos). A
degradação/decomposição (por reações químicas) da matéria orgânica presente na
biomassa, a temperaturas elevadas vai corresponder à conversão da energia química
contida na biomassa (nas ligações químicas dos componentes) em energia química,
térmica e elétrica.
Existem algumas vantagens dos processos termoquímicos em relação aos processos
biológicos, como esquematizado na tabela 1. No entanto, os processos termoquímicos
têm desvantagens que podem mesmo ser proibitivas da sua aplicação como o custo
energético, as emissões poluentes, a adaptação da tecnologia aos diferentes tipos de
biomassa, etc [2].
Conversão
Termoquímica
Conversão
Bioquímica /Química
Combustão Gasificação Pirólise Hidrolise Fermentação Trans-
Esterificação
Digestão
anaeróbica
Syngas
Tratamentos
catalíticos
Óleo de
pirólise
Tratamentos
catalíticos
Geração de
energia;
Calor
Geração de
energia e Calor;
Combustíveis
líquidos;
Químicos
Combustíveis
líquidos:
Químicos;
Carbonizados
Enzimá
tica
Ácida
Fermentação
Etanol 2ª
Geração;
Químicos;
Etanol 1ª
Geração; Biodiesel
CH
4
Bio -
Produtos
Vias de conversão de biomassa em energia e bio-produtos
25
Tabela 1. Vantagens da conversão termoquímica de biomassa sobre processo
biológico/bioquímico.
Termoquímico Bioquímico
Flexibilidade de matérias-primas
Conversão integral de todo a
biomassa (elevada produtividade)
Velocidades de reação elevadas
Tempos de reação curtos
Redução 70-80% em massa e 80-90%
em volume
Utilização de micro-organismos,
enzimas e/ou químicos
Produtividade limitada
Apenas um produto ou poucos
Suscetível a condições experimentais
Tempos de reação elevados
Produção de subprodutos como
lamas
Os 3 principais processos termoquímicos são a combustão, a gasificação e a pirólise. A
primeira e mais significativa diferenciação na classificação destes processos tem por base
a quantidade de oxigénio ou agente oxidante presente no sistema. Na ausência de oxigénio
ocorre a pirólise, na presença controlada de oxigénio, mantendo a sua quantidade a níveis
inferiores á quantidade estequiométrica, ocorre a gasificação, e a combustão ocorre na
presença de oxigénio em excesso [3,4].
Figura 2. Classificação dos processos termoquímicos com base na quantidade de oxigénio
envolvida.
26
2. Combustão
A definição de combustão pode ser apresentada como a conversão térmica de substâncias
orgânicas (biomassa, biorresíduos) em gases oxidados e subprodutos sólidos (cinzas de
fundo/escórias e cinzas volantes), na presença de oxigénio, com libertação de calor. O
calor gerado no processo é depois recuperado e aplicado na produção de vapor destinado
à produção de energia elétrica ou aplicado em sistemas de produção de calor para
aquecimento urbano. Durante a combustão ocorrem reações químicas exotérmicas
(libertam calor) de oxidação-redução entre duas ou mais substâncias, o combustível e o
comburente. Neste processo grande atenção deve ser colocada nos gases de exaustão para
garantir o mínimo de impacto ambiental [5].
3. Gasificação
A conversão termoquímica de substâncias orgânicas (biomassa e biorresíduos) em gases
parcialmente oxidados, com conteúdo energético, e em subprodutos sólidos
(carbonizados ou cinzas - “black ashes”), na presença de oxigénio em quantidades
subestequiométricas, é o processo de gasificação.
Assim, promove-se a conversão de um material sólido rico em carbono, a temperaturas
elevadas e em condições de oxidação parcial, em um gás denominado gás de síntese ou
“syngas”. Adicionalmente, como subproduto, formam-se sólidos carbonizados.
O gás de gasificação resultante do processo é constituído por CO, H2, CH4, CO2, H2O, N2
e outros hidrocarbonetos gasosos (C2 - C4). No entanto, mais corretamente o gás de
síntese ou “syngas” é apenas constituído por CO e H2.
Este produto gasoso encontra aplicação na produção de energia por queima direta em
motores de combustão, em turbinas. Após tratamento para enriquecimento em H2 pode
ser usado em pilhas de combustível. E dependendo da razão CO/H2 pode ser direcionado
para a produção de químicos como metanol, amónia, dimetiléter, etc.
Os produtos sólidos denominados carbonizados ou “chars” são constituídos por matéria
mineral existente na biomassa e alguma matéria carbonosa não convertida. Estes
materiais encontram aplicação também na produção de energia ou como fonte de
carbono/minerais para solos, podem ainda ser usados na produção de carvão ativado, um
composto de elevado valor acrescentado com múltiplas aplicações industriais.
27
No processo de gasificação é possível identificar 4 etapas distintas: secagem, pirólise,
combustão (ou oxidação parcial) e redução. Em cada uma destas etapas ocorrem reações
diferentes e libertam-se gases distintos. A figura 3 esquematiza o processo de gasificação
e as diferentes etapas.
Figura 3. Etapas do processo de gasificação (adaptado de [6]).
4. Pirólise
Pirólise é a conversão termoquímica de substâncias orgânicas (biomassa e biorresíduos)
em líquidos, gases e sólidos na ausência de oxigénio e recorrendo a uma fonte externa de
calor. Durante a pirólise ocorre a degradação endotérmica ou termólise (quebra de
ligações) de substâncias orgânicas na total ausência de oxigénio, obtendo-se óleos, gases
e carbonizados. Este é um processo endotérmico, para que ocorra a rutura de ligações
químicas e volatilização de compostos e para isso é necessária uma fonte externa de calor
para manter o reator pirolítico à temperatura desejada. No entanto, essa fonte externa de
calor pode ser proveniente das frações gasosa e/ou sólida resultante do próprio processo
de pirólise.
28
Figura 4. Esquema ilustrativo do processo de pirólise.
Este processo origina 3 frações diferentes: (i) Líquida (“tars”) - óleos pirolíticos ou bio-
óleos no caso de se utilizar biomassa como matéria-prima; (ii) Gasosa - gases de pirólise
e (iii) Sólida (“chars”) - carbonizados ou bio-carbonizados.
As condições de operação do processo vão determinar qual das frações ou produtos são
favorecidos.
A tabela 2 apresenta uma síntese dos tipos principais de pirólise e suas condições
operatórias, bem como a composição dos produtos.
Tabela 2. Síntese dos principais tipos de pirolise.
Tipo Lenta Intermédia
Rápida Flash Vácuo
Temperatura (°C) 300-700 500-650 500-1000
900-1200
400-600
Taxa de aquecimento (°C/s) 0,1-2 1-10 10-200 > 1000 0,1-1
Tempo de residência min - horas
10-20 s < 2 s < 0,1 s < 1 s
Pressão (MPa) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,01-0,02
Tamanho partícula (mm) 5-50 1-5 <0.1 <0.1 < 1
Produtos (m/m %)
Líquidos
30 50 75 > 75 60
Gases 35 30 13 < 13 20
Carvões 35 20 12 <12 20
29
De uma forma geral pode considerar-se que baixas temperaturas e tempos de residência
longos favorecem a produção de sólidos, temperaturas elevadas e tempos de residência
elevados favorecem a produção de gases e temperaturas moderadas e tempos de
residência curtos favorecem a produção de líquidos [7].
5. Conclusão
A procura de fontes energéticas alternativas e a necessidade de reduzir ou mitigar o efeito
dos gases de estufa passa necessariamente pelo uso de biomassa.
Várias tecnologias são propostas para converter a biomassa (ou seja, resíduos florestais,
resíduos de culturas, resíduos de agroprocessamento, etc.) em uma forma utilizável de
energia.
A valorização termoquímica de biomassa, num dos seus processos aqui brevemente
descritos, aparece como uma possibilidade exequível e sustentável desde que
cuidadosamente dimensionados e criteriosamente escolhidos de acordo com a
alimentação e o tipo de produto final desejado.
Referências
[1] Mitra, Madhumi, Nagchaudhuri, Abhijit (Eds.), “Practices and Perspectives in
Sustainable Bioenergy”, Springer, India, 2020.
[2] Verma, M., Godbout, S., Brar, S.K., Solomatnikova, O., Lemay, S.P., Larouche, J.P.
2012 Biofuels Production from Biomass by Thermochemical Conversion Technologies.
International Journal of Chemical Engineering. https://doi.org/10.1155/2012/542426
[3] Shakorfow, A.M. 2016. Biomass. Incineration, Pyrolysis, Combustion and
Gasification. International Journal of Science and Research.
https://doi.org/10.21275/v5i7.nov164715
[4] Nussbaumer, T. 2003. Combustion and Co-combustion of Biomass: Fundamentals,
Technologies, and Primary Measures for Emission Reduction. Energy & Fuels, 17, 1510-
1521. https://doi.org/10.1021/ef030031q
[5] Niessen, W.R. 2002. Combustion and Incineration Processes. Marcel Dekker, Inc.,
New York (USA).
30
[6] Quaak, P., Knoef, H., Stassen, H. 1999. Energy from biomass – a review of
combustion and gasification technologies”, The World Bank, Washington D.C. (USA).
[7] Rauch, R., Hrbek, J., Hofbauer, H. 2014. Biomass gasification for synthesis gas
production and applications of the syngas. WIREs Energy Environ, 3:343–362.
https://doi.org/10.1002/wene.97
[8] Bernardo, M., Matos, I., Ventura, M., Risso, R., Vital, J., Lapa, N., Fonseca, I. 2019.
Pyrolysis of Waste Materials, in: “Waste-to-Energy (WtE)” book. Editor: E. Jacob-Lopes.
Publisher: Nova Science Publishers, Inc., New York, USA. ISBN: 978-1-53614-432-1.
https://novapublishers.com/shop/waste-to-energy-wte/
[9] Garcia-Nunez, J.A., Pelaez-Samaniego, M.R., Garcia-Perez, M.E., Fonts, I., Abrego,
J., Westerhof, R.J.M., Garcia-Perez, M. 2017. Historical Developments of Pyrolysis
Reactors: A Review. Energy Fuels, 31, 5751−5775.
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b00641
31
CAPÍTULO 4
Biorrefinarias: uma solução para o futuro?
J.E. Castanheiro1*, P.A Mourão1, I. Cansado1,2
1MED, D.Q.B., ECT, Universidade de Évora, Portugal
2LAQV-REQUIMTE, D.Q.B., ECT, Universidade de Évora, Portugal
Email: jefc@uevora.pt
1. Introdução
Uma biorrefinaria é uma instalação (ou um conjunto de instalações) que integra processos
e equipamentos de conversão de biomassa para produzir biocombustíveis para os
transportes, energia e produtos químicos. O conceito de biorrefinarias é análogo ao
conceito da refinaria do petróleo, que produz vários combustíveis e produtos derivados
do petróleo. As biorrefinarias permitem a produção integrada de biocombustíveis e
produtos químicos, através de processos tecnológicos avançados, de separação e
conversão, que minimizam o impacto do ciclo de carbono [1-3].
A biomassa vegetal é constituída por celulose (33-52%), hemicelulose (19-34%) e lenhina
(21-33%). A biomassa é fracionada em vários compostos que podem ser convertidos por
processos físicos, químicos e/ou biológicos. Desta forma, é possível obter compostos com
um valor económico elevado a partir de compostos com um valor económico reduzido.
Os compostos obtidos podem ser utilizados como matéria-prima, para a produção de
polímeros, perfumes e fragrâncias e na indústria farmacêutica [1, 4].
2. Componentes de uma biorrefinaria
Uma biorrefinaria é caraterizada por vários elementos: o tipo de biomassa, os processos
envolvidos, os produtos plataforma e os produtos finais. Na Figura 1 mostra-se um
esquema geral de uma biorrefinaria [3].
32
Figura 1. Esquema geral de uma biorrefinaria, (adaptado da referência [3])
As matérias-primas a utilizar numa biorrefinaria são: culturas energéticas da agricultura;
resíduos de biomassa da agricultura; resíduos da biomassa florestal; e resíduos industrial.
Numa biorrefinaria existem vários processos de conversão que podem estar envolvidos
na transformação da biomassa. Estes processos podem ser mecânicos, onde se inclui
processos de redução de tamanho e trituração da biomassa, prensagem entre outros. Estes
processos permitem a redução da dimensão ou o acondicionamento das partículas de
biomassa. Dependendo do tipo de biorrefinaria, existem também processos químicos. Nos
processos químicos incluem-se por exemplo reações de hidrólise, esterificação e
transesterificação. Nos processos de conversão da biomassa podem estar também
envolvidos processo termoquímicos, como a gaseificação, a pirolise e combustão. Uma
biorefinaria pode também comportar processos bioquímicos. Dependendo do tipo de
Plataforma
Processos
Mecânicos
Processos Químicos /
Biológicos
Processos
Químicos
Combustíveis Materiais
Biomassa
33
biorrefinaria podem estar presentes processos bioquímicos, como fermentações e
conversões enzimáticas [3, 5].
Os produtos plataforma constituem um elo de ligação entre diferentes elementos de uma
biorrefinaria. Estes podem ser produtos intermediários entre as matérias-primas
(biomassa) e os produtos da biorrefinaria ou as ligações entre diferentes biorrefinarias
e/ou produtos finais de uma biorrefinaria.
A figura 2 mostra o esquema de um composto plataforma: o ácido levulínico. Neste caso
particular, o ácido levulínico é um produto de uma biorrefinaria (biorrefinaria 1) e a
matéria-prima de outra biorrefinaria (biorrefinaria 2) [1, 2].
Figura 2. Esquema de um composto plataforma (ácido levulínico), (adaptado das
referências [1] e [2]).
Os produtos finais de uma biorrefinaria podem ser energia e produtos químicos. No grupo
dos produtos usados para fins energéticos incluem-se o bioetanol, o biodiesel e os
combustíveis sintéticos. No grupo dos produtos químicos tem-se os compostos de base
natural, os biomateriais e as rações para os animais. Os produtos finais de uma
biorrefinaria dependem do tipo de matéria-prima e do processo envolvido na sua
valorização [3,5].
34
3. Exemplos de biorrefinaria
Um exemplo de uma biorrefinaria é a produção de biodiesel. O biodiesel pode ser obtido
a partir de óleo alimentar puro, óleo alimentar usado e gordura animal. Os produtos da
transformação dos triglicéridos com um álcool de cadeia curta (metanol, etanol, propanol
e/ou etanol) são uma mistura de ésteres (metílicos, etílicos…) de ácidos gordos e glicerol.
Estas reações ocorrem na presença de um catalisador ácido ou básico. Quando o teor em
ácidos gordos presentes na matéria-prima é reduzido (< 0,5%), o catalisador utilizado é o
hidróxido de sódio. Por outro lado, quando o teor em ácidos gordos presentes na matéria-
prima é superior a 0,5 %, é necessário realizar uma reação de esterificação, antes da reação
de transesterificação. A Figura 3 mostra o esquema de uma reação de transesterificação
conducente à produção de biodiesel [2, 6].
Figura 3. Esquema da transesterificação de triglicéridos com um álcool na presença de
um catalisador.
A Figura 4 mostra um esquema simplificado de uma biorrefinaria para a produção de
biodiesel. Os produtos da biorrefinaria são o biodiesel, o glicerol e a ração para animais.
35
Figura 4. Esquema de uma biorrefinaria para a produção de biodiesel, (adaptado da
referência [5]).
Um outro exemplo de uma biorrefinaria é a produção de bioetanol a partir de resíduos
lenhocelulósicos (Figura 5). Os resíduos lenhocelulósicos passam por um processo
mecânico de redução do tamanho de partículas. Posteriormente, as partículas de biomassa
sofrem uma gaseificação que conduz à formação do gás de síntese (mistura de CO e H2).
A partir do gás de síntese podem formar-se produtos químicos (álcoois) e biocombustíveis
sintéticos (Fischer-Tropsch, (FT)) [4,5].
Óleo
Processos
Mecânicos
Processos Químicos
Esterificação / transesterificação
Biodiesel
Sementes de
girassol
Glicerol Ração animal
36
Figura 5. Esquema de uma Biorrefinaria para a produção de biocombustíveis sintéticos
(FT) (adaptado da referência [5]).
4. Integração de biorrefinarias
Uma biorrefinaria pode estar ligada a outra, ou seja, um subproduto de uma biorrefinaria
pode ser a matéria-prima de outra biorrefinaria. Na Figura 6 mostra-se a integração de
duas biorrefinarias. A primeira biorrefinaria corresponde à formação de biodiesel e a
segunda biorrefinaria corresponde à valorização do glicerol (subproduto da produção de
biodiesel) em poli(hidroxibutirato, PHB) [5].
Gás de síntese
Processos
Mecânicos
Gaseificação
Síntese de álcoois
Produtos Químicos
(álcoois)
Biocombustíveis
sintéticos (FT)
Resíduos
lenhocelulósicos
Síntese FT
37
Figura 6. Esquema da integração de duas biorrefinarias, (adaptado da referência [6]).
5. Conclusão
Com a necessidade de redução das emissões dos gases com efeito de estufa, torna-se
imperativo a substituição da matéria-prima proveniente de fontes fosseis por matéria-
prima renovável. Durante os últimos anos têm-se verificado um aumento dos projetos de
biorrefinarias. A integração de vários processos permite a redução de custos, de energia
e deste modo, a redução das emissões dos gases com efeito de estufa. Neste trabalho
mostrou-se apenas alguns exemplos de biorrefinarias.
Produção
de biodiesel
Purificação
de glicerol
Produção
de PHB
-Biomassa;
-água residual
-Oxigénio (ar) PHB
Biodiesel
Glicerol
Metanol
CaO Sulfato de cálcio
Óleo
-Metanol
-H2SO4
-NaOH
-água residual
-água residual
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Referências
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