Biorrefinaria da madeira de eucalipto associada à indústria de celulose e papel

Abstract

A madeira de eucalipto tem sido uma fonte de biomassa largamente utilizada pela indústria de celulose e papel, de carvão vegetal, de produtos sólidos de madeira, etc. Com o surgimento do moderno conceito de biorrefinarias em que a madeira e outras biomassas são vistas como potenciais substitutos do petróleo, as pesquisas com a madeira de eucalipto passaram a focalizar em alternativas com potencial de gerar maior valor desta importante biomassa para o Brasil e para o mundo. Esse trabalho trata de algumas potenciais alternativas de uso da madeira de eucalipto que ainda carecem de maiores estudos científicos, com uma atenção muito especial ao melhor aproveitamento de suas hemiceluloses. Dessa forma, essa tese foi desenvolvida em 6 capítulos com o intuito de abordar o tema de biorrefinaria associada ao uso alternativo da madeira de eucalipto. No capítulo 1 é apresentada uma revisão bibliográfica sobre os usos correntes da madeira de eucalipto, especialmente no Brasil, focalizando nas suas principais vantagens e desvantagens. No capitulo 2 é abordada a utilização da madeira de Eucalyptus grandis na produção de pasta termomecânica de rebolo (TGW) em substituição da madeira de Pinus patula. Nos capítulos 3 e 4 o assunto biorrefinaria das hemiceluloses do eucalipto é abordado com profundidade pelo estudo da integração de processos de produção de celulose e papel pelo próprio gerenciamento desses polímeros na unidade fabril. No capítulo 5 foram avaliadas metodologias de remoção das hemiceluloses da madeira do híbrido de Eucalyptus urograndis, previamente ao processo kraft de polpação, com vistas a tirar mais valor desses polímeros. No capítulo 6 (realizado na Universidade Estadual da Carolina do Norte durante DS sanduíche, foram investigadas metodologias de caracterização e utilização de hemiceluloses extraídas das madeiras de Eucalyptus globulus e sweetgum para produção de bioprodutos. Os resultados desse estudo conduziram às seguintes conclusões principais: as espécies florestais do gênero Eucalyptus são muito importantes para o setor florestal brasileiro, principalmente para o setor de Celulose e Papel que busca cada vez mais utilizar os componentes das madeiras de eucalipto na sua totalidade dentro do conceito de biorrefinarias (capítulo 1); o tratamento do rejeito grosso TGW de Eucalyptus grandis com álcali (50 kg/tas), seguido de refino controlado (10 minutos) melhora significativamente as propriedades de resistência da polpa resultante, porém apresenta efeito negativo na alvura e no volume específico aparente da polpa (capítulo 2). A conversão de polpa kraft em polpa para dissolução é possível pelo tratamento da polpa kraft com álcali a frio utilizando licor branco no tratamento CCE, sendo a produção de uma polpa para dissolução com teor de xilanas menor que 5% conseguida com 550 kgAE/tas a 10% de consistência, 20 °C e 15 minu tos e ainda, aproximadamente 4,2% das xilanas dissolvidas no licor CCE podem ser recuperadas (capítulo 3). No capítulo 4 foi possível integrar as linhas de fibra mostrando a viabilidade da produção integrada de polpa papel e polpa para dissolução, desde que alterações e investimentos sejam feitas nas linhas de produção. A produção de polpa para papel com maior teor de xilanas após o refino (3%) quando utilizado MPE extraído do estágio CCE numa polpa pré-O2 foi possível, sendo essa polpa mais fácil de ser refinada. O branqueamento das polpas para dissolução somente atingiram a qualidade da polpa referência (grau viscose) quando utilizado estágio final de branqueamento com ácido peracético. No capítulo 5 a extração com NaOH a quente das xilanas da madeira foi ineficiente, atingindo 42% de 4-O-metilglucuronoxilanas. Entretanto foi mostrada a importância da concentração de NaOH no aumento da remoção das xilanas e seu efeito no cozimento subsequente, principalmente na redução do rendimento. Finalmente no capítulo 6, o tratamento alcalino de cavacos de madeira com 50% de NaOH foi mais eficiente para madeiras de sweetgum que para madeiras de eucalipto, permitindo a recuperação de 4,3% de biomassa com predominante fração de hemiceluloses (grau de polimerização de 250 e características térmicas e químicas similares a das xilanas comerciais), bem como a recuperação do etanol utilizado para precipitação das xilanas.

Eucalypt woods have been a biomass source largely used for the pulp and paper industry, charcoal and wood solid products, etc. With the emergence of the modern concept of biorefineries where wood and other biomass have been seen as potential replacements for petroleum and its derivatives, research on eucalyptus wood began to focus on alternatives with potential to generate higher value products of this important biomass for Brazil and for all the world. This thesis deals with a number of potential alternatives that use eucalyptus wood that still require further scientific studies, with special attention to better efficiency of the use of hemicellulose. So, this thesis was developed in six chapters aiming to address the issue of biorefinery associated with alternative uses of eucalyptus wood. Chapter 1 presents a literature review on the current uses of eucalyptus wood, especially in Brazil, focusing on its main advantages and disadvantages. Chapter 2 addresses the use of Eucalyptus grandis wood in the production of thermomechanical thermo ground wood (TGW) replacing wood of Pinus patula tree. In Chapters 3 and 4 the biorefinery of eucalyptus hemicellulose is discussed in a in depth study of the integration process of pulp and paper by the management in these polymers plant. In chapter 5 were evaluated methodologies showing how to remove hemicellulose from the Eucalyptus urograndis hybrid previously the kraft pulping process, in order to add more value of these polymers. In chapter 6, which was held at the North Carolina State University during the DS sandwich program when methodologies for characterization and utilization of hemicellulose extracted for Eucalyptus globulus and sweetgum for bioproducts production was investigated. The results of this study led to the following main conclusions: forest species of the genus Eucalyptus are very important for the forestry sector, mainly for the Pulp and Paper industry seeking to increasingly use the components of eucalypt woods entirely within biorefinery concept (chapter 1); the treatment of Eucalyptus grandis TGW raw rejected with alkali (50 kg/odt), followed by controlled refining (10 minutes) significantly improves the strength properties of the resulting pulp, but has a negative effect on brightness and the bulk of the pulp (chapter 2). The conversion of kraft pulp in dissolving pulp is possible treating the kraft pulp with cold alkali using white liquor during the CCE stage, also, showing to be possible the production of dissolving pulp with less than 5% of xylans achieved when 550 kgEA/t in 10% of consistency, at 20 °C and 15 minutes was used. In this case, approximately 4.2% of xylan dissolved in the CCE liquor could be recovered (Chapter 3). The possibility to integrate the fiber lines showing the feasibility of the integrated production of pulp paper grade and dissolving pulp, since changes and investments were made in production lines. The production of pulp paper grade with higher xylan content after refining (3%) when MPE extracted from the CCE stage was used in the oxygen stage and this pulp can be easily refined. The bleaching of dissolving pulp only assessed the reference pulp quality (viscose grade) when peracetic acid was used as the last bleaching stage (Chapter 4). The extraction of xylan with hot NaOH from wood was inefficient, reaching 42% of 4-O-methylglucuronoxylans. However, it was shown the importance of the increasing NaOH concentration in the efficiency of xylan removal and its effect on subsequent cooking, especially in the reduction of yield (Chapter 5).Finally, alkaline treatment of wood chips with 50% NaOH was more efficient when sweetgum chips were used rather than eucalyptus chips, allowing recovery of 4.3% of biomass with predominant hemicellulose fraction (degree of polymerization 250 and thermal and chemical characteristics similar to the commercial xylans) as well as recovery of ethanol used for precipitation of xylans (Chapter 6).