Extração de biomassa industrial de Eucalyptus globulus

Abstract

Esta dissertação nasce de uma parceria entre a Universidade de Aveiro e o Raiz, Instituto de Investigação da Floresta e Papel, para o estudo de um processo para a produção de um extrato de eucalipto enriquecido em ácidos triterpénicos para integrar a alimentação animal. O trabalho pode ser dividido em três partes, uma primeira de caracterização das matérias-primas e estudo preliminar de variáveis influentes para o processo de extração, uma segunda parte de otimização experimental de condições de operação e, por fim, uma análise técnico-económica a uma possível implementação de um processo de extração sólido-líquido à escala industrial. Realizaram-se ensaios preliminares para avaliar a influência do solvente (metanol vs diclorometano), humidade da biomassa (humidade natural vs seco), solubilidade de ácidos triterpénicos em misturas de metanol/água com diferentes concentrações. As variáveis que apresentam um maior impacto sobre o rendimento total de extração e o rendimento em ácidos triterpénicos são: o tempo de extração, o modo de operação e o rácio solvente/biomassa. Para os dois rácios solvente/biomassa escolhidos após a otimização experimental, de 5 e 7.5 mL/g obtiveram-se, a partir das respetivas curvas de extração, os tempos ótimos de 0.67 e 0.79 h, respetivamente, com um rendimento total de extração de 1.9 e 2.2 %(m/m). A análise tecno-económica demonstrou que as matérias-primas, nomeadamente o solvente, têm um impacto significativo no custo de produção. A recuperação do solvente que se encontra impregnado na biomassa permite obter um custo de produção de 5.7 e 6.8 €/kg para os rácios solvente/biomassa de 5 e 7.5 mL/g respetivamente. Para o menor rácio, a reutilização do solvente, sem purificação, entre passos consecutivos de extração permite uma redução do custo de produção para os 4.1 €/kg

The present work starts from a partnership between Univsersidade de Aveiro and RAIZ, Instituto de Investigação da Floresta e Papel for the study of an industrial process for the production of a eucalyptus extract rich in triterpenic acids. This work can be divided in three main parts. In the firstone we focused in the characterization of the raw materials to be used in the extraction process. Next the work was developed with the goal of determining the conditions that maximize the process output. At last a techno-economic analysis was performed for the implementation of a solid-liquid extraction process at industrial scale. Preliminary work was developed to evaluate the influence of solvent (methanol vs dichloromethane), biomass humidity (natural humidity vs dryed) and triterpenic acids solubility in methanol/water mixtures with dfferent concentrations. The independent variables that have a possible bigger impact in extraction total yield and triterpenic acids total yield are: extraction time, extraction operation type and solvent/biomass ratio. For the two solvent/biomass ratios chosen after experimental optimization, of 5 and 7.5 mL/g, the extraction curves were measured, and the optimum extraction times calculated, of 0.67 and 0.79 h, respectively, with a total yield at the optimum extraction time of 1.9 and 2.2 %(m/m). Techno-economic analysis demonstrated that raw materials, in particular the organic solvent, may have a significant impact on the cost of manufacture. Recovery of the impregnated solvent in biomass allows a cost reduction to 5.7 and 6.8 €/kg for the two solvent/biomass rations studied of 5 and 7.5 mL/g respectively. For the lowest ratio, the re-use of the solvent in consecutive extraction steps, without purification, allowed for a reduction of the cost of manufacture to 4.1 €/kg.