Produção de biocombustíveis a partir de macroalgas por liquefação hidrotérmica

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016A constante preocupação com as alterações climáticas originadas pelo aquecimento global devido à emissão de gases com efeito de estufa provenientes da queima de combustíveis fósseis levou à procura de combustíveis provenientes de fontes de energia renováveis. Os biocombustíveis obtidos por diversos processos de conversão aplicados a diferentes tipos de biomassa, poderão substituir os combustíveis fósseis tradicionais. A liquefação hidrotérmica aplicada às algas é um processo ainda em estudo e em fase de desenvolvimento, sendo necessário aumentar o seu conhecimento e estudar a viabilidade de usar os bioprodutos gerados por este tipo de biomassa como biocombustíveis. A presente tese tem como objetivo a utilização da macroalga Fucus vesiculosus para a produção de bio-óleo recorrendo à liquefação hidrotérmica (LHT) para avaliar o seu potencial para a produção de biocombustíveis. Durante este estudo, realizou-se a variação das condições experimentais de modo a otimizar-se o processo tendo em conta o maior rendimento mássico de bio-óleo obtido. Foi estudado o efeito das seguintes condições experimentais: tempo de reação, temperatura e razão biomassa/água no rendimento do bio-óleo. O tempo de reação variou entre 5 e 120 minutos, a temperatura de reação entre 275 e 370ºC e a razão biomassa/água entre 1/20 e 1/2,5. Durante o estudo da variação das condições experimentais foi observado que o rendimento mássico do bio-óleo aumentava à medida que o tempo de reação estudado também aumentava. Por outro lado, o rendimento mássico do bio-óleo era pouco afetado pela variação da temperatura de reação e diminuía quando aumentava a razão biomassa/água. O rendimento do bio-óleo variou entre 28% bs (base seca) obtido a uma temperatura de 350ºC com um tempo de reação de 5 minutos e uma razão de 1/10 e 65% bs a uma temperatura de 325ºC com um tempo de reação de 30 minutos e uma razão de 1/20. Os resultados obtidos permitiram selecionar estas últimas condições experimentais para maximizar o rendimento mássico do bio-óleo. Caracterizou-se o bio-óleo obtido e observou-se que ao invés dos combustíveis fósseis este tinha uma menor quantidade de hidrocarbonetos leves e uma maior quantidade de hidrocarbonetos pesados. Devido às características do bio-óleo obtido, este teria que sofrer um upgrading antes de poder ser usado como biocombustível nos equipamentos atualmente existentes, a fim de converter os hidrocarbonetos pesados noutros mais leves e também para converter os compostos contendo oxigénio e azoto em hidrocarbonetos.The constant concern over climate change caused by global warming due to greenhouse gas emissions from burning fossil fuels has led to the demand for fuels produced from renewable sources. The biofuels produced through various conversion processes applied to different types of biomass might replace traditional fossil fuels. The hydrothermal liquefaction of algae is a process still under study and in a development stage. Hence, it is necessary to increase its understanding and study the feasibility of using the by-products generated by this type of biomass as biofuels. This dissertation objective is to study the use of the seaweed Fucus vesiculosus for the production of bio-oil using the hydrothermal liquefaction process to evaluate its potential for biofuel production. During this study, we carried out the variation of experimental conditions in order to optimize the process with regard to the higher mass yield of obtained bio-oil. The effect of the following experimental conditions was assessed: reaction time, temperature and biomass/water ratio in the bio-oil yield. The reaction time varied between 5 and 120 minutes, the reaction temperature between 275ºC and 370ºC and the biomass/water ratio between 1/20 and 1/2,5. This allowed to observe a rise in the mass yield of bio-oil as the studied reaction time increased. On the other hand, the bio-oil mass yield was only slightly affected by variations in reaction temperature and it decreased when the biomass/water ratio increased. The bio-oil yield ranged between 28% db (dry basis) at a temperature of 350°C with a 5 minute reaction time and a ratio of 1/10 and 65% db at a temperature of 325°C with a 30 minute reaction time and a ratio of 1/20. The obtained results led to in the selection of these last experimental conditions in order to maximize the mass yield of bio-oil. Characterization of the obtained bio-oil showed that contrarily to fossil fuels, it had a smaller amount of light hydrocarbons and a larger amount of heavy hydrocarbons. Due to the characteristics of the resulting bio-oil, it would have to undergo an upgrading before it could be used as biofuel in existing equipment. This upgrading would to convert heavy hydrocarbons into lighter ones and compounds containing oxygen and nitrogen into hydrocarbons