dissertação

Uso de resíduos agrícolas para produção de biochar para captura de CO2

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Universidade Federal de Lavras

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Departamento de Engenharia Ambiental

Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)

Tipo de impacto

Sociais
Tecnológico
Econômicos

Áreas Temáticas da Extensão

Meio ambiente

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável
ODS 7: Energia limpa e acessível
ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 13: Ação contra a mudança global do clima

Dados abertos

Resumo

O aumento na demanda energética e utilização de combustíveis fósseis tem agravado as mudanças climáticas desencadeadas pelo excesso de dióxido de carbono na atmosfera. Problemas decorrentes dessas alterações têm levado países a desenvolver novas formas de tecnologia para descarbonização e uma transição energética limpa. Entre elas, o biocarvão, obtido por meio de resíduos agrícolas por processo de pirólise, tem se destacado como potencial material de captura e armazenamento de carbono. Suas propriedades permitem sua aplicação no solo, tratamento de gases, entre outros. Desse modo o objetivo deste trabalho foi comparar o potencial de captura de CO2 a partir da produção de biocarvão de seis tipos de biomassas derivadas de resíduos agrícolas (casca de arroz (CA), casca de café (CC), palha de trigo (PT), palha de soja (PS), palha de feijão (PF) e palha de milho (PM). As biomassas foram previamente submetidas a ativação química com KOH (1:1) e então pirolisadas em forno mufla. As amostras foram caracterizadas química e estruturalmente por Espectroscopia no Infravermelho por Transformada de Fourier e Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR); análise Termogravimétrica e Análise Térmica Diferencial (TG/DTA) para determinação da estabilidade térmica e cinética de adsorção, a determinação de área superficial foi obtida por análise pelo método Brunauer–Emmett–Teller (BET) e avaliação microestrutural por Microscopia Eletrônica de Varredura com Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raio X (MEV-EDS). Observou-se que os biocarvões apresentaram potencial de captura de CO2 variando entre 0,12 e 0,39 mmol/g. O biocarvão PS e CA exibiram as menores áreas superficiais BET (0,017 m²/g e 30,18 m²/g), porém se destacaram com as maiores massas de CO2 adsorvidas, sendo de 0,39 e 0,23 mmol/g respectivamente. Propõe-se que a funcionalização química da superfície promovida pelo hidróxido de potássio se sobrepôs às limitações texturais desses materiais, com papel dos grupos superficiais de oxigênio e nitrogênio. Portanto, conclui-se que o processo de ativação química com KOH foi determinante para aprimorar o desempenho adsortivo dos biocarvões, ao promover modificações estruturais e químicas favoráveis à captura de CO₂. Esses resultados reforçam o potencial do biocarvão ativado como material promissor, sustentável e economicamente viável para aplicação em tecnologias de remoção e sequestro de carbono, alinhando-se às metas globais de mitigação das emissões e descarbonização do setor energético.

Abstract

The increase in energy demand and the use of fossil fuels has increasingly exacerbated climate change triggered by excess carbon dioxide in the atmosphere. Problems arising from these changes have led countries to develop new technologies for decarburization and a clean energy transition. Among them, biochar obtained from agricultural waste through the pyrolysis process has emerged as a potential product for carbon capture and storage. Its characteristics allow for applications ranging from soil application to gas treatment, among others. Thus, the objective of this study is to compare the CO2 capture potential from biochar production using six types of biomass derived from agricultural waste, subjected to chemical activation with KOH (1:1) and then pyrolyzed in a muffle furnace. The biochars were named after thermal treatment according to their respective biomass initials: rice husk (CA), coffee husk (CC), wheat straw (PT), soybean straw (PS), bean straw (PF), and corn straw (PM). The samples were chemically and structurally characterized by FTIR-ATR; TG/DTA analysis to determine thermal stability and adsorption kinetics; surface area determination was obtained by BET analysis and microstructural evaluation by SEM-EDS. It was observed that all biochar showed CO2 capture potential (0.12 and 0.39 mmol/g). PS (soybean straw) and CA (rice husk) exhibited the smallest BET surface areas (0.017 m²/g and 30.18 m²/g), but stood out with the largest adsorbed masses (0.39 and 0.23 mmol/g), respectively. It is proposed that chemical functionalization of the surface overcame the textural limitations of these materials, with the role of oxygen and nitrogen surface groups. Therefore, it is concluded that the chemical activation process with KOH was decisive in improving the adsorptive performance of biochars by promoting structural and chemical modifications favorable to CO₂ capture. These results reinforce the potential of activated biochar as a promising, sustainable, and economically viable material for application in carbon removal and sequestration technologies, aligning with global goals of mitigating emissions and decarbonizing the energy sector.

Descrição

Área de concentração

Mudanças climáticas, energia e poluição atmosférica

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Citação

Silva, Delba Helene Cunha. Uso de resíduos agrícolas para produção de biochar para captura de CO2. 2026. 74 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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