Biorrefinaria sustentável: valorização catalítica de materiais graxos e hemicelulósicos para obtenção de moléculas renováveis

Descrição

Esta proposta insere-se no contexto de biorrefinarias sustentáveis e tem como objetivo a valorização de biomassa para a obtenção de produtos de origem renovável e de alto valor agregado. Nessa perspectiva, serão empregados diferentes insumos renováveis, bem como resíduos agroindustriais, que, após tratamentos adequados e transformações químicas em presença de catalisadores, serão convertidos em produtos de interesse tecnológico e industrial. No que se refere aos produtos obtidos, os óleos extraídos de diferentes culturas terão sua composição química e propriedades físico-químicas determinadas, visando sua conversão em bioésteres e materiais poliméricos, posteriormente avaliados quanto ao potencial de aplicação como solventes, biocombustíveis e lubrificantes. Paralelamente, resíduos provenientes dessas mesmas culturas, ricos em frações hemicelulósicas e derivados lignocelulósicos, serão convertidos em compostos de elevado interesse industrial, tais como 5-hidroximetilfurfural (5-HMF), ácido lático, entre outros produtos plataforma. As matérias-primas oriundas da oleoquímica e da biomassa lignocelulósica configuram-se como alternativas promissoras aos insumos fósseis, constituindo recursos renováveis para a produção de biocombustíveis e intermediários químicos. Considerando os custos crescentes associados à exploração e processamento de recursos fósseis, os produtos químicos obtidos a partir da biomassa apresentam elevado potencial competitivo em relação aos análogos derivados do petróleo. Nesse contexto, torna-se fundamental o desenvolvimento de processos catalíticos eficientes e sustentáveis para a conversão de matérias-primas renováveis. Para o alcance dos objetivos propostos, serão exploradas diferentes abordagens voltadas ao desenvolvimento de sistemas catalíticos seletivos, robustos e eficientes para a conversão catalítica de biomassa e derivados em produtos químicos de alto valor agregado. Para tanto, serão preparados sistemas à base de SnO₂, MoO₃, Nb₂O₅ e CeO₂, entre outros,em diferentes proporções mássicas. A utilização desses materiais poderá proporcionar avanços significativos na eficiência catalítica, permitindo estabelecer correlações entre estrutura, propriedades superficiais e desempenho catalítico. Assim, a proposta contempla inovações relacionad as ao desenvolvimento de novos catalisadores estáveis e robustos para aplicação em processos de conversão catalítica de biomassa. A oleoquímica compreende o estudo da síntese, modificação e propriedades de gorduras e óleos de origem vegetal ou animal, compostos majoritariamente por triacilgliceróis. Em razão das diferentes funcionalidades químicas presentes nessas moléculas, os triacilgliceróis apresentam elevada versatilidade reacional, podendo ser empregados na obtenção de diversos materiais de interesse comercial. Entre os principais produtos oleoquímicos destacam-se ésteres de ácidos graxos, glicerol, alcoóis graxos, amidas, aminas, ácidos diméricos e ácidos dibásicos, amplamente utilizados na produção de materiais poliméricos, lubrificantes, revestimentos, adesivos estruturais, solventes, diluentes industriais, intermediários químicos e combustíveis líquidos, entre outras aplicações [1,2]. Estima-se que a produção mundial anual de óleos e gorduras seja da ordem de aproximadamente 100 milhões de toneladas [2]. No caso dos materiais lignocelulósicos, uma das etapas fundamentais para sua valorização consiste na hidrólise e conversão de celulose, hemicelulose e lignina em compostos despolimerizados e solúveis em água. Métodos convencionais de pré-tratamento, baseados em pirólise ou no emprego de ácidos minerais e enzimas, apresentam limitações importantes, tais como utilização de reagentes agressivos, condições severas de reação, baixa eficiência, elevada demanda energética e dificuldades associadas à recuperação catalítica. Por outro lado, derivados solúveis, como glicose e frutose, podem ser convertidos em uma ampla variedade de produtos de elevado interesse industrial. Cabe destacar que estudos desenvolvidos por nosso grupo de pesquisa têm relatado a síntese de catalisadores robustos e promissores para aplicação em processos de biorrefinaria [3–14]. Dessa forma, a presente proposta insere-se em uma linha de pesquisa estratégica e consolidada de nosso grupo, constituída por estudos em contínuo desenvolvimento voltados à investigação de sistemas catalíticos aplicados a rotas de biorrefinaria, visando à conversão e valorização de biomassa em produtos químicos de interesse. Nesse contexto, serão investigadas diferentes reações, incluindo: - esterificação, transesterificação, glicerólise, interesterificação e reações modelo envolvendo óleos e gorduras de origem vegetal ou animal, bem como seus derivados; - transformação química de materiais hemicelulósicos e derivados.