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Valorização dos derivados de açúcares obtidos por despolimerização catalítica da biomassa lignocelulósica
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Resumo(s)
Com o aumento da população mundial, o consumo de materiais e fontes de energia derivados dos combustíveis fósseis tem-se intensificado ao longo dos últimos anos. Este consumo acelerado tem gerado consequências a médio e longo prazo, que se não forem combatidas, podem causar impactos na qualidade de vida das populações atuais e futuras.
As alterações climáticas têm surgido como uma das principais consequências do consumo de recursos fósseis. A emissão de gases tóxicos para a atmosfera tornou-se cada vez mais elevada nas últimas décadas, causando degradação ambiental e gerando ainda mais poluição.
A mitigação desses efeitos através da implementação de medidas eficazes que visem incentivar o consumo de produtos de forma consciente e sustentável é de fundamental importância. Neste sentido, o uso de materiais sustentáveis e de origem renovável tem surgido como uma alternativa extraordinária ao uso dos combustíveis fósseis, promovendo a desaceleração da degradação ambiental, bem como impulsionando o desenvolvimento económico sustentável.
Considerada como um dos recursos renováveis mais abundantes na natureza, a biomassa lignocelulósica tem sido vista como uma alternativa importante para a produção de materiais sustentáveis, uma vez que possui origem de fonte renovável, podendo ser obtida a partir de resíduos florestais e agrícolas.
Neste contexto, os resíduos da madeira, nomeadamente do Eucalyptus globulus, uma das principais matérias-primas para a indústria portuguesa do papel, tem despertado enorme interesse no que diz respeito ao seu uso para produção de materiais sustentáveis e com elevado valor económico agregado. Portanto, a valorização desses resíduos constitui uma importante alternativa ao consumo dos recursos fósseis e também promove a economia circular através da minimização dos desperdícios, com o aproveitamento dos resíduos e, consequentemente, com a produção de materiais sustentáveis.
Os bio-óleos resultantes da liquefação termoquímica do serrim do Eucalyptus globulus apresentam elevados teores de açúcares, além de outros compostos. No entanto, a sua fração aquosa ainda não havia sido investigada no tocante ao seu teor de açúcares, bem como no que se refere à elucidação dos mecanismos que levam à formação desses açúcares durante o processo de liquefação termoquímica, contribuindo assim a sua investigação para a inovação nesta área.
Por forma a valorizar a biomassa lignocelulósica, nomeadamente o serrim do Eucalyptus globulus, e atendendo às necessidades atuais no que se refere ao desenvolvimento de novas investigações que visem à produção de materiais sustentáveis, desenvolveu-se na presente tese, um método recorrendo a HPLC-RID que permitiu, com sucesso, a identificação e quantificação dos açúcares contidos na fração aquosa proveniente do bio-óleo resultante da liquefação termoquímica do Eucalyptus globulus. Deste modo, identificou-se na fração aquosa os açúcares glucose, frutose, xilose, sacarose e a trealose, tendo sido sugerida a elucidação dos seus mecanismos de formação.
A partir dos açúcares identificados, podem-se obter outros materiais cujo uso como matéria-prima também se traduzem na valorização da biomassa lignocelulósica. Neste sentido, a α-angélica lactona (α-AL) pode ser obtida a partir do ácido levulínico que, por sua vez, pode ser derivado dos açúcares identificados.
Deste modo, como forma de valorizar a biomassa lignocelulósica, utilizou-se a α-AL como matéria-prima para a produção, bem-sucedida, de levulinatos de alquilo, nomeadamente o levulinato de metilo, levulinato de etilo, levulinato de propilo e levulinato de butilo, através de procedimentos sustentáveis e ambientalmente amigáveis, nomeadamente através de reações one pot, livres de solventes, com curtos tempos de reação e excelentes rendimentos.
Futuramente, esses levulinatos sintetizados podem ser utilizados como biocombustíveis e aditivos de combustíveis, como monómeros para a produção de polímeros e materiais plastificantes, como precursores na produção de resinas, bem como solventes na produção industrial de aromatizantes.
Os polímeros biodegradáveis surgiram como uma alternativa para minimizar os impactos ambientais causados pelo uso inadequado dos plásticos, cuja principal causa é a contaminação ambiental através dos seus resíduos, que são comumente descartados pelos consumidores e pelo setor industrial em locais inapropriados. No entanto, o desenvolvimento de novos métodos para a produção de polímeros biodegradáveis tem-se mostrado como um desafio acrescido, pois a síntese dos referidos polímeros requer o uso de complexas metodologias de polimerização de acordo com a natureza da matéria-prima. Neste sentido, a polimerização por abertura de anel (Ring-opening polymerization, ROP) tem sido utilizada para a produção de polímeros derivados de monómeros cíclicos de base biológica, nomeadamente as lactonas, permitindo assim, a produção de polímeros biodegradáveis.
Finalmente, visando também uma forma de valorização da biomassa lignocelulósica, realizaram-se várias tentativas de polimerização da α-AL via ROP, que tiveram como objetivo a produção de polímeros biodegradáveis e de origem sustentável. Neste sentido, foram testadas diferentes abordagens de polimerização, com a utilização de diferentes catalisadores e condições reacionais, sendo identificada a possível formação de oligómeros de baixo peso molecular. As inúmeras tentativas contribuíram para perceber o comportamento da α-AL nas condições investigadas, o que também constitui um conhecimento relevante para abrir novas vias de investigação no ramo da polimerização por abertura de anel da α-AL.
Descrição
Palavras-chave
Biomassa lignocelulósica Eucalyptus globulus Acúcares hidrolíticos α-Angélica lactona Levulinatos de alquilo Lignocellulosic biomass Hydrolytic sugars α-Angelica lactone Alkyl levulinates