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Potential applications of biochar produced with agroindustrial waste

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ODS 7: Energia limpa e acessível
ODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
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Dados abertos

Resumo

O biochar é um material carbonáceo obtido a partir da pirólise de resíduos lignocelulósicos e tem despertado crescente interesse científico devido às suas propriedades físico-químicas versáteis, como elevada porosidade, estabilidade estrutural e presença de grupos funcionais superficiais. Esta tese investiga o potencial de aplicação do biochar em três áreas estratégicas: geração de energia sustentável, desenvolvimento de ânodos para baterias de íons de lítio e adsorção de contaminante em sistemas de tratamento de água. No contexto energético, o desempenho do biochar produzido a partir de resíduos agroindustriais, incluindo caroço e fibra de açaí e casca de castanha-do-pará, foi avaliado quanto às suas propriedades energéticas. Os resultados demonstraram que o biochar apresenta elevado teor de carbono fixo e eficiência energética compatível com sua utilização como combustível sólido renovável, indicando sua capacidade de substituir parcialmente fontes fósseis e contribuir para a redução das emissões de gases de efeito estufa e dos impactos ambientais associados ao uso de combustíveis convencionais. Em relação ao armazenamento de energia, a tese explorou a aplicação do biochar dopado com nióbio como material anódico em baterias de íons de lítio. Devido à sua alta área superficial específica, estrutura porosa e propriedades eletroquímicas favoráveis, o material apresentou desempenho promissor, com boa capacidade de armazenamento de lítio, estabilidade durante os ciclos de carga e descarga e potencial para melhorar a eficiência de baterias mais sustentáveis, configurando-se como uma alternativa viável aos ânodos convencionais à base de grafite. No âmbito ambiental, o biochar foi avaliado como adsorvente para remoção de contaminantes orgânicos em meio aquoso. Os resultados evidenciaram elevada eficiência na adsorção do corante azul de metileno, atribuída à combinação entre a porosidade do material e a presença de grupos funcionais na superfície, demonstrando seu potencial para aplicação em processos de purificação de água e remediação ambiental de baixo custo e impacto ambiental reduzido. De forma integrada, os resultados desta tese indicam que o biochar representa um material multifuncional e estratégico, capaz de contribuir simultaneamente para a geração de energia renovável, o avanço de tecnologias de armazenamento de energia e a mitigação da contaminação ambiental. Ao promover a valorização de resíduos agroindustriais, este trabalho reforça os princípios da bioeconomia e da economia circular, destacando o papel do biochar no desenvolvimento de soluções tecnológicas sustentáveis para os desafios ambientais e energéticos contemporâneos.

Abstract

Biochar is a carbonaceous material obtained from the pyrolysis of lignocellulosic residues and has attracted increasing scientific interest due to its versatile physicochemical properties, such as high porosity, structural stability, and the presence of surface functional groups. This thesis investigates the potential application of biochar in three strategic areas: sustainable energy generation, the development of anodes for lithium-ion batteries, and contaminant adsorption in water treatment systems. In the energy context, the performance of biochar produced from agro-industrial residues, including açaí seed and fiber and Brazil nut shell, was evaluated in terms of its energetic properties. The results demonstrated that biochar exhibits a high fixed carbon content and energy efficiency compatible with its use as a renewable solid fuel, indicating its capacity to partially replace fossil sources and contribute to the reduction of greenhouse gas emissions and the environmental impacts associated with the use of conventional fuels. Regarding energy storage, this thesis explored the application of niobiumdoped biochar as an anode material in lithium-ion batteries. Due to its high specific surface area, porous structure, and favorable electrochemical properties, the material exhibited promising performance, with good lithium storage capacity, stability during charge–discharge cycles, and potential to improve the efficiency of more sustainable batteries, establishing itself as a viable alternative to conventional graphite-based anodes. From an environmental perspective, biochar was evaluated as an adsorbent for the removal of organic contaminants from aqueous media. The results demonstrated high efficiency in the adsorption of methylene blue dye, attributed to the combination of the material’s porosity and the presence of surface functional groups, highlighting its potential application in water purification processes and low-cost, low-impact environmental remediation. In an integrated manner, the results of this thesis indicate that biochar represents a multifunctional and strategic material capable of simultaneously contributing to renewable energy generation, the advancement of energy storage technologies, and the mitigation of environmental contamination. By promoting the valorization of agro-industrial residues, this work reinforces the principles of the bioeconomy and circular economy, highlighting the role of biochar in the development of sustainable technological solutions for contemporary environmental and energy challenges.

Descrição

Área de concentração

Compósitos Lignocelulósicos

Linha de pesquisa

Ciências agrárias

Agência de desenvolvimento

Palavra chave

Marca

Objetivo

Procedência

Impacto da pesquisa

Resumen

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DOI

Citação

BORGES, Ianca Oliveira. Potential applications of biochar produced with agroindustrial waste. 2026. 144 p. Tese (Doutorado em Engenharia de Biomateriais) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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