Produção e caracterização de bioligantes derivados de biomassa lignocelulósica para a cadeia de pavimentação

Autor(es)

Maria Jose Castro Alonso

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Lorena.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Ciência e Engenharia dos Materiais (IFS/EES)
• Data de defesa: 2023-11-06

Membros da banca

Kamilla Vasconcelos Savasini; Leni Figueiredo Mathias Leite; Rajeswari Narayanasamy; Raquel Moraes Puchalski

• Orientador: Kamilla Vasconcelos Savasini; Silvio Silverio da Silva

Resumo

Os bioligantes são biomateriais produzidos a partir de fontes renováveis que oferecem várias vantagens em comparação com os ligantes asfálticos à base de petróleo. Essas vantagens incluem a redução da demanda por derivados de petróleo e emissões de gases de efeito estufa, enquanto utilizam subprodutos gerados por outros processos industriais. Entre várias alternativas de substratos derivados de diferentes setores, a biomassa lignocelulósica destaca-se como uma das mais promissoras devido à sua alta disponibilidade no Brasil. Avaliar as propriedades físico-químicas dos bioligantes é crucial porque essas características determinam sua adequação como substitutos parciais ou totais dos ligantes asfálticos à base de petróleo e seu possível uso como agente de rejuvenescimento para reciclar ligantes asfálticos envelhecidos. Nesse contexto, o principal objetivo deste estudo foi produzir e avaliar as características físico-químicas de bioligantes derivados de várias fontes de biomassa lignocelulósica para aplicações em pavimentação. Diferentes bioligantes derivados de madeira de pinho, bagaço de cana-de-açúcar (BC), palha de cana-de-açúcar (PC) e casca de arroz (CA) foram caracterizados. Os bioligantes derivados de madeira de pinho consistem em biomateriais comerciais, enquanto os derivados de BC, PC e CA foram obtidos por meio de pirólise lenta como parte da presente dissertação. Um dos principais desafios no uso de bioligantes para aplicações em pavimentação é o alto teor de umidade e compostos oxigenados, principalmente derivados da fração de carboidratos da biomassa lignocelulósica. Portanto, para obter materiais com melhores características, BC, PC e CA também foram submetidos a pré-tratamento ácido para obter matérias-primas com menor teor de carboidratos (celulignina) para produzir bioligantes por meio de pirólise lenta. A caracterização físico-química dos bioligantes envolveu principalmente pH, teor de água, análise elemental, GC-MS, FTIR, TGA/DTG e caracterização viscoelástica linear. Os resultados foram então comparados à análise físico-química de um ligante asfáltico derivado de petróleo (CAP 30/45) amplamente utilizado nas rodovias brasileiras. A análise química revelou que todos os bioligantes apresentaram maior teor de água, valores de pH 3 e composição nitidamente diferente do CAP 30/45. Geralmente, os bioligantes derivados de madeira de pinho estão compostos por ácidos graxos saturados e monoinsaturados, enquanto os derivados de BC, PC e CA estão principalmente constituídos por compostos fenólicos. O CAP 30/45, por outro lado, consistia principalmente em hidrocarbonetos e ácidos. Análises de FTIR, térmicas e reológicas sugeriram que os bioligantes apresentavam comportamento mais elástico e são mais suscetíveis ao envelhecimento do que CAP 30/45. Análises de FTIR e dosagem revelaram que os bioligantes derivados de BC e CA pré-tratados mostraram resultados promissores como componentes de rejuvenescimento para reciclar o CAP 30/45 envelhecido. A pesquisa destaca a influência substancial da fonte de biomassa, configuração do reator e método de produção do bioligante nas propriedades reológicas do produto final. Enfatiza a necessidade de adaptar o processo às características específicas dos biomateriais produzidos. Esses resultados sugerem que os biomateriais ainda enfrentam alguns desafios como substitutos dos ligantes asfálticos à base de petróleo. No entanto, em estudos futuros, esses materiais à base de biomassa podem ser avaliados como agentes de rejuvenescimento ou substitutos parciais/totais em misturas quentes para as camadas superficiais das estradas. (AU)

• Processo FAPESP: 19/14931-2 - Utilização de biomassa lignocelulósica no desenvolvimento de bioligantes para a cadeia de pavimentação
• Beneficiário: Maria Jose Castro Alonso
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto