PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR

DA TRANSESTERIFICAÇÃO DO ÓLEO

DE SOJA RESIDUAL

SALVADOR/BA

2012 
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PROJETO ACADÊMICO INTERDISCIPLINAR

ENGENHARIA QUIMICA

EQUIPE TAFAVI

ALEX GOMES

VICTOR RIBEIRO 

* ACOMPANHAMENTO DO PROJETO DO GRUPO ''DIESEL'', DO 2º SEMESTRE, CUJO TEMA É A PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DA TRANSESTERIFICAÇÃO DO ÓLEO DE SOJA RESIDUAL.

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INTRODUÇÃO

     Com as crescentes preocupações econômicas e ambientais, além das reservas fósseis serem não renováveis, tem incentivado a busca por fontes de energias renováveis e limpas, dentre elas estão os Biocombustíveis. Tem-se relato de que óleos vegetais tenham sido utilizados inicialmente em 1900 por Rudolph Diesel, pois apresenta alto índice de Cetano e um poder calorífico elevado, porém, logo foi substituído pelo óleo diesel, derivado do petróleo.

     O biodiesel apresenta muitas vantagens, dentre elas, a diminuição das emissões de (CO2), ausência de enxofre e de partículas poluentes. Grandes quantidades de óleos de fritura são desperdiçadas e descartadas diretamente na rede de esgoto. Para se tiver uma ideia, 1 litro de óleo, polui cerca de 1 milhão de litros de água. Sua presença nos rios cria uma barreira que dificulta a presença de luz e oxigenação da água, comprometendo a cadeia alimentar aquática e contribuindo para enchentes. Além disso, a decomposição do óleo de cozinha emite Metano na atmosfera, e ao entrar em contato com o ar, torna-se de alto teor explosivo, além de ser um dos principais gases que causam o efeito estufa, contribuindo para o aquecimento do planeta. Com isso, este trabalho tem a proposta de utilizar óleos de frituras para a produção do biodiesel, afim de minimizar os impactos ambientais causados pelos derivados de petróleo, que tem sido o principal causador do aquecimento global, além de gerar empregos nas regiões onde for viável, pelo processo de Transesterificação.

    “O fato de que os óleos vegetais possam ser utilizados com facilidade parecem ser insignificantes para os dias de hoje, mas estes óleos podem talvez se tornar importante no futuro, da mesma forma como são importantes hoje os óleos minerais e os produtos do alcatrão. Alguns anos atrás, os últimos não estavam muito mais desenvolvidos que os óleos vegetais nos dias de hoje, e mesmo assim a importância que lhes é hoje conferida. ninguém pode prever a importância que esses óleos terão para o desenvolvimento das colônias. De qualquer forma, eles permitiram demonstrar que a energia dos motores poderá ser produzida com o calor do Sol, que sempre estará disponível para fins agrícolas mesmo que todos os nossos estoques de combustíveis sólidos e líquidos estiverem exauridos."

Rudolf Diesel (1858-1913)

 Texto extraído de Knothe etal. (2006)

OBJETIVOS 

        Estimular a produção de biodiesel, utilizando a transesterificação etílica, do óleo residual de fritura, por catálise básica.

     Reduzir o descarte de óleos de frituras nos rios, afim de contribuir para a vida das éspecies aquáticas.

        Diminuir a emissão de gases poluentes pelo diesel ou derivados de petróleo.

BIODIESEL

      É um biocombustível derivado de biomassa, é utilizado para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão. Conforme legislação vigente, resolução ANP Nº 7, de 19/03/2008, o Biodiesel é um combustível composto de álquil ésteres de ácidos graxos de cadeias longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais conforme a especificação contida no Regulamento Técnico. O biodiesel é uma fonte renovável, produzido a partir de gorduras animais ou de fontes vegetais, como o girassol, mamona, soja e sua tecnologia de produção está em desenvolvimento avançado no Brasil.

       Desde 1º de janeiro de 2010, o óleo diesel comercializado em todo o Brasil contém 5% de biodiesel. Esta regra foi estabelecida pela Resolução nº6/2009 do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), publicada no Diário Oficial da União (DOU) em 26 de outubro de 2009, que aumentou de 4% para 5% o percentual obrigatório de mistura de biodiesel ao óleo diesel. Para se tornar compatCvel com os motores a diesel, o óleo vegetal precisa passar por um processo químico chamado transesterificação, onde a glicerina é separada da gordura ou do óleo vegetal. Com isso, reduz a importação do óleo diesel, além de diminuir os impactos ambientais, pois ao ser misturado com o óleo diesel, reduz as emissões de monóxido de carbono e de hidrocarbonetos não queimados.

Para que você entenda melhor esse processo, veja como funciona:

     As misturas entre o biodiesel e o diesel mineral é conhecida pela letra B, mais o número que corresponde a quantidade de biodiesel na mistura. Por exemplo, se uma mistura tem 5% de biodiesel, é chamada B5, se tem 20% de biodiesel, é B20.

VANTAGENS

- A queima do biodiesel gera baixos índices de poluição, não colaborando para o aquecimento global.

- Gera emprego e renda no campo, diminuindo o êxodo rural.

- Trata-se de uma fonte de energia renovável, dependendo da plantação de grãos oleaginosos no campo.

- Possui um alto ponto de fulgor, conferindo ao biodiesel armazenamento e manuseio mais seguro.

- A extração do petróleo é muito caro, gerando novas oportunidades de se investir nesta matriz energética.

- Nenhuma modificação precisa ser feita nos atuais motores movidos a diesel, utilizando diesel misturado com biodiesel de até 20%.

DESVANTAGENS

- Se o consumo mundial for à larga escala, serão necessárias plantações em grandes áreas agrícolas. Em países que não fiscalizam adequadamente seus recursos florestais, poderemos ter um alto grau de desmatamento de florestas para dar espaço para a plantação de grãos. Ou seja, diminuição das reservas florestais do nosso planeta.

- Com o uso de grãos para a produção do biodiesel, poderemos ter o aumento no preço dos produtos derivados deste tipo de matéria-prima ou que os utilizam em alguma fase de produção. Exemplos: leite de soja, óleos, carne, rações para animais, ovos entre outros.

- A produção intensiva da matéria-prima de origem vegetal leva a um esgotamento das capacidades do solo, o que pode ocasionar a destruição da fauna e flora, aumentando, portanto o risco de erradicação de espécies e o possível aparecimento de novos parasitas, como o parasita causador da Malária.

- A quantidade de Co2 do biodiesel não é neutro, mesmo sendo inúmeras vezes menos emissor de Co2 que o diesel de petróleo, se for levado em conta a energia necessária à sua produção, mesmo que as plantas busquem o carbono à atmosfera: é preciso ter em conta a energia necessária para a produção de adubos, para a locomoção das máquinas agrícolas, para a irrigação, para o armazenamento e transporte dos produtos.

- Não se sabe ao certo como o mercado irá assimilar a grande quantidade de glicerina obtida como subproduto da produção do biodiesel (entre 5 e 10% do produto bruto), pois a queima parcial da glicerina gera acroleina ou propenal, produto suspeito de ser cancerígeno.

PROCESSO DE TRANSESTERIFICAÇÃO

       A transesterificação é o processo mais utilizado atualmente para a produção de biodiesel, consistindo numa reação química dos óleos vegetais ou gorduras animais com o álcool comum (etanol) ou o metanol, estimulada por um catalisador ácido ou básico, da qual também se extrai a glicerina, produto com aplicações diversas na indústria química. Geralmente, a transesterificação ocorre por catálise ácida ou básica. No entanto, em catálise homogênea, catalisadores alcalinos (hidróxidos de sódio e de potássio ou alcóxidos correspondentes) proporcionam processos muito mais rápidos que catalisadores ácidos. Para a transesterificação proporcionar rendimentos máximos, o álcool deve ser livre de umidade e o conteúdo de AGL (ácidos graxos livres) do óleo deve ser inferior a 0,5 %. Na preparação da matéria prima para sua transformação em biodiesel visa-se obter condições favoráveis para a reação de transesterificação, para assim alcançar a maior taxa de conversão possível.

Esquema de produção de biodiesel pelo processo de Transesterificação

        A reação de transesterificação é uma reação reversível e necessita de excesso de álcool para deslocar a reação para a direita. Em relação ao álcool, os mais utilizados são os de cadeia curta (1 a 4 carbonos), sendo aqui no Brasil, o mais utilizado, o etanol anidro, devido à produção em larga escala da cana-de-açúcar no país, além de ser um produto agrícola, que não contém derivados de petróleo. A reação de produção do biodiesel pode ser conduzida em presença de catalisadores ácidos, básicos ou enzimáticos, sendo o uso da catálise alcalina a mais vantajosa quando se considera o custo, a velocidade da reação, o maior rendimento e a seletividade, e neste caso, optamos pelo hidróxido de sódio.

Reação de Transesterificação.

ETAPAS DO PROCESSO

a) Decantagem e filtragem do óleo para eliminação de impurezas;

b) Após a limpeza, o óleo é colocado em um reator de inox, onde é feita a reação com álcool (etanol ou metanol) e um catalisador (hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio). Essa reação ocorre entre 2 e 3 horas;

c) Após a reação ser concluída, o produto é colocado em tanque e após descanso, ocorre a separação das fases (biodiesel e glicerina);

d) Por um sistema de drenagem é extraído o biodiesel;

e) O biodiesel retirado vai para outro tanque com agitação onde é adicionada terra filtrante e clarificante;

f) Em outro tanque, o biodiesel passa por um filtro prensa para retirada da terra e outras impurezas, terminando assim o processo.

                              

Fluxograma esquemático do processo empregado para a produção do biodiesel.

ASPECTOS SOCIAIS

        Além da redução da importação do diesel, o biodiesel incrementa as economias locais e regionais, tanto na etapa agrícola como na indústria de bens e serviços. Com a ampliação do mercado do biodiesel, milhares de famílias brasileiras serão beneficiadas, principalmente agricultores do semiárido brasileiro, com o aumento de renda proveniente do cultivo e comercialização das plantas oleaginosas utilizadas na produção do biodiesel. A produção de biodiesel já gerou cerca de 600 mil postos de trabalho no campo, de acordo com dados do Ministério do Desenvolvimento Agrário.

DEMANDA DA PRODUÇÃO DE BIODIESEL NO BRASIL

      Podemos observar a imagem abaixo que foca a produção das oleaginosas e do biodiesel no território brasileiro. Os gráficos caracterizam o que ficou previsto na Lei Federal nº 11.097 de 13.01.2005, a qual define biodiesel como novo combustível na matriz energética brasileira, estabelecendo mistura obrigatória de 2% a partir de janeiro de 2005 e de 5% em janeiro de 2013, em todo o território nacional.

TOXICOLOGIA 

Hidróxido de Sódio: Possui ação corrosiva sobre os tecidos da pele, olhos e mucosas, não é inflamável, Exposição do produto na forma de líquido, vapor ou neblina pode causar queimaduras nas vias respiratórias. Contato prolongado pode causar pneumonia química. Reage violentamente com ácidos fortes, e, portanto, deve-se evitar o contato. A adição de água ao produto concentrado libera calor e pode causar fervura e respingos de produto quente e cáustico

- Ponto de ebulição: 1390 ºC.
- Ponto de fusão: 318 ºC.

Etanol: O álcool etílico (etanol), CH₃CH₂OH, é um líquido incolor, inflamável, com um odor. É um álcool, ou seja, um grupo de compostos químicos cujas moléculas contém um grupo hidroxila, OH, ligado a um carbono.
A palavra álcool deriva do arábico al-kuhul, que refere-se a um fino pó de antimônio, produzido pela destilação do antimônio, e usado como maquiagem para os olhos. Os alquimistas medievais ampliaram o uso do termo para referir-se a todos os produtos da destilação e isto levou ao atual significado da palavra.

O ponto de fusão do etanol sólido é de –114.1°C, e de ebulição e de 78.5°C. É menos denso que a água: 0,789 g/mL a 20°C. É utilizado como fluído em termômetros, principalmente para temperaturas baixas, uma vez que o mercúrio congela a –40°C.

Biodiesel: Baixo teor de enxofre, ponto de fulgor, poder calorífico, Lubricidade, Viscosidade e densidade, Ponto de névoa e de fluidez, Poder de solvência, baixo teor de enxofre.

Vegetais oleaginosas:  Os óleos extraídos são substâncias insolúveis em água , que na temperatura de 20° C exibem aspecto líquido. As gorduras distinguem-se dos óleos por apresentar um aspecto sólido à temperatura de 20° C. São formados predominantemente por triglicerídeos, compostos resultantes da condensação entre um glicerol e ácidos graxos.

Glicerol: Destacam-se as propriedades de ser um líquido oleoso, incolor, viscoso e de sabor doce, solúvel em água e álcool em todas as proporções e pouco solúvel em éter, acetato de etila e dioxano e insolúvel em hidrocarbonetos. Devido à combinação de propriedades físico-químicas como não toxicidade, ausência de cor e odor, o glicerol é uma substância com grande variedade de aplicações na indústria química.





REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

        Segundo o Instituto de Químico da UFBA ( no artigo publicado em 14-05-07) usa-se na reação de transesterificação, preferencialmente, álcoois de baixa massa molecular, como por ex., metanol, etanol, propanol, butanol e álcool amílico15, mas metanol e etanol são os mais freqüentemente empregados. Metanol é o mais utilizado no mundo, devido ao seu baixo custo na maioria dos países e às suas vantagens físicas e químicas (polaridade, álcool de cadeia mais curta, reage rapidamente com o triacilglicerídeo e dissolve facilmente o catalisador básico). Além disso, permite a separação simultânea do glicerol. Porém, no Brasil, é mais viável utilizar etanol, pois o país produz cana-de-açúcar em larga escala.

A base hidróxido de potássio (KOH), é bastante utilizada na reação, pois promove reação catalítica com maior rapidez, mas o hidróxido de sódio é mais barato e encontra-se mais facilmente. Segundo o artigo do Instituto de Química da UFBA sobre transesterificação, tanto ácidos como bases fortes podem ser usados como catalisadores. 

Segundo KNOTHE, G.,SHEEHAM et al., 1998 os catalisadores alcalinos são menos corrosivos que os ácidos o que torna os processos de catálise básica mais atrativo do ponto de vista industrial .

CONCLUSÃO

    A partir dos fatos expostos, é possível sim a utilização de óleos de frituras para a fabricação do biodiesel, que é uma fonte de energia limpa e renovável, além de evitar os impactos ambientais, e também irá gerar empregos nos setores da economia que estão inclusos neste processo. Sua utilização dispensa adaptação em motores a diesel, que utilizará biodiesel até 20%. Com este método, evitaria o descarte de óleo nos rios, reduzindo a poluição aquática. Porém, deveria os governos e a mídia enfatizar este problema, para que a sociedade estocasse os óleos de frituras em garrafas tipo ‘’pet’’, havendo uma reciclagem.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

* PRODUÇAO DE BIODIESEL A PARTIR DE ÓLEOS RESIDUAIS DE FRITURA: SUSTENTABILIDADE E MAIOR DEMANDA ENERGÉTICA em:

http://www.essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/viewFile/1831/1009.; Acessado em 02 de junho 2012.

* ANP em:

http://www.anp.gov.br/?id=470. Acessado em 03 de junho de 2012.

* BIODIESELBR.COM em:

http://www.biodieselbr.com/biodiesel/processo-producao/transesterificacao.htm. Acessado em 02 de junho de 2012.

* COOPERBIO em: 

www.cooperbio.coop.br/index.php?paginas&biocombustivel&id=373. Acessado em 03 de junho de 2012.

* PRODUÇÃO DE BIODIESEL POR TRANSESTERIFICAÇÃO ETÍLICA DE ÓLEOS VEGETAIS E SUA SEPARAÇ O E PURIFICACÃO POR MEMBRANAS CERÂMICAS em: 

http://www.cobeqic2009.feq.ufu.br/uploads/media/94820931.pdf. Acessado em 03 de junho de 2012.

* BANDEIRANTE BRAZMO em: 
http://www.bbquimica.com.br/bbq/produtos/content/hidroxido_sodio.pdf. Acessado em 01 de junho de 2012.

* PORTAL EDUCAÇÃO em: 
http://www.portaleducacao.com.br/farmacia/artigos/6581/alcool-quimica-e-efeitos. Acessado em 01 de junho de 2012.