A utilização de resíduos agroindustriais da cana-de-açúcar para o aproveitamento energético e aplicação em dispositivos de armazenamento de energia

Abstract

O biochar tem se destacado por sua versatilidade e potencial de aplicação em energia, filtração e obtenção de materiais avançados. Este trabalho investigou o biochar produzido a partir de resíduos industriais de uma usina sucroalcooleira, com foco em suas propriedades estruturais, químicas, morfológicas, eletroquímicas e energéticas. Os materiais foram obtidos por rota termoquímica e caracterizados por análises elementares, imediatas e espectroscópicas. O resíduo sólido da caldeira (RSCB) apresentou o maior poder calorífico inferior (PCI), com 24,72 MJ/kg, além de razões atômicas H/C e O/C inferiores a 0,3, evidenciando alta aromaticidade e estabilidade do material. A análise de FTIR indicou que o uso de ferroceno não promoveu alterações estruturais significativas. Por sua vez, a espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS) revelou aumento da transição π-π* com o tratamento térmico, enquanto a espectroscopia Raman indicou maior desordem estrutural no RSCB, com razão ID/IG de 1,17. Imagens de MEV mostraram o surgimento de poros com o aumento da temperatura de pirólise. Nos testes eletroquímicos, o RSCB também se destacou com a maior capacitância específica, atingindo 104 F/g, superando os biochars do bagaço tratado com e sem ferroceno. Esses resultados reforçam o potencial do RSCB como material energético sustentável e como precursor de carbono grafítico para aplicações em armazenamento de energia.

Biochar has gained increasing attention due to its versatility and potential applications in energy, filtration, and the development of advanced carbon materials. This study investigated the biochar produced from industrial residues of a sugar and ethanol mill, focusing on its structural, chemical, morphological, electrochemical, and energetic properties. The materials were obtained through a thermochemical route and characterized by elemental, proximate, and spectroscopic analyses. The solid residue from the boiler (RSCB) exhibited the highest lower heating value (LHV), reaching 24.72 MJ/kg, along with H/C and O/C atomic ratios below 0.3, indicating high aromaticity and thermal stability. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) revealed no significant structural changes with the use of ferrocene. In contrast, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed an increase in π-π* transitions with thermal treatment, while Raman spectroscopy indicated a higher degree of structural disorder for RSCB, with an ID/IG ratio of 1.17. Scanning electron microscopy (SEM) revealed the formation of pores as the pyrolysis temperature increased. Electrochemical tests demonstrated that RSCB achieved the highest specific capacitance, reaching 104 F/g, outperforming the biochars derived from thermally treated bagasse with and without ferrocene. These results highlight the potential of RSCB as a sustainable energy material and as a precursor for graphitic carbon in energy storage applications.