Etapas da Produção do Combustível Biodiesel

Etapas da Produção do Combustível Biodiesel

A transesterificação de um óleo vegetal foi realizada pela primeira vez em 1853 por Patrick Duffy, muitos anos antes do primeiro motor diesel tornar-se efetivo. O primeiro modelo de Rudolf Diesel, contando com apenas um único cilindro de ferro de 3 metros, funcionou pela primeira vez sendo alimentado com óleo de amendoim.

Apesar do intenso uso de combustível diesel derivado do petróleo fóssil, o interesse em óleos vegetais como combustível já foi relatado em diversos países. Entretanto, alguns problemas operacionais foram observados: a alta viscosidade dos óleos vegetais em comparação ao diesel de petróleo, resultando em baixa atomização do combustível no pulverizador, levando a depósitos e carbonização dos injetores, câmara de combustão e válvulas. As tentativas para superar incluíram aquecimento do óleo vegetal, misturando-o com combustível diesel derivado do petróleo ou etanol, a pirólise e o craqueamento dos óleos. 

Entretanto, é de suma importância ressaltar os intensos fenômenos climáticos pela qual a Terra está passando, por conta da liberação de gases poluentes na atmosfera por queima de combustíveis fósseis. Assim, exploraremos alguns métodos para a produção do combustível biodiesel. 

PRODUÇÃO DO BIODIESEL EM MEIO HOMOGÊNEO

A transesterificação é o principal método empregado e consiste em um mol de triacilglicerol reagindo com três mols de álcool, usualmente o metanol ou o etanol, na presença de um catalisador. 

                                                                Figura 1. Alcoólise de óleos vegetais. 

Alcóxidos metálicos são os catalisadores mais utilizados, adicionados diretamente ao meio de reação ou produzidos in situ, mediante a dissolução de hidróxido de sódio ou de potássio no álcool utilizado como agente de transesterificação. 

A razão molar estequiométrica de álcool e óleo na transesterificação é de 3:1, porém, um amplo excesso de álcool, usualmente 6:1 ou 12:1, é utilizado para deslocar o equilíbrio químico e maximizar a produção de ésteres graxos. 

Já os processos de esterificação de ácidos graxos assumem grande importância para a produção de biodiesel ao considerarem rotas tecnológicas de matérias-primas de alta acidez.  

Estudos cinéticos da reação de esterificação metílica de ácidos graxos, utilizando o ácido sulfúrico como catalisador, mostraram que o estado de equilíbrio do sistema pode ser atingido em menos de 1h de reação. A Figura 2 mostra o mecanismo de esterificação de ácidos graxos, onde R e R1 representam, respectivamente, as cadeias carbônicas hidrofóbicas do ácido  graxo e do álcool. 

O mecanismo mostra que a protonação do grupo carbonila do ácido que leva à formação de um carbocátion, que posteriormente sofre um ataque nucleofílico do álcool R1-OH, produzindo um intermediário tetraédrico que, por sua vez, elimina água e leva à formação do éster e à regeneração do catalisador  H+.

                                      Figura 2. Mecanismo de esterificação de ácidos graxos.

PRODUÇÃO DO BIODIESEL EM MEIO HETEROGÊNEO

O processo tradicional de produção do biodiesel por transesterificação alcalina em meio homogêneo requer várias etapas de purificação para que os monoésteres assim produzidos estejam de acordo com os parâmetros  recomendados pela Resolução ANP 7 de 19/03/2008. Por esta razão, catalisadores heterogêneos podem ser utilizados na produção do biodiesel com vantagens técnicas e ambientais, pois teoricamente facilitam a purificação dos monoésteres, possibilitam a reutilização do catalisador sólido e minimizam a geração de resíduos. Além disso, a recuperação e purificação da  glicerina produzida na alcoólise são consideravelmente simplificadas.  

Várias classes de compostos químicos têm sido propostas como catalisadores em potencial para a produção do biodiesel e, entre estes, pode-se citar: zeólitas, óxidos inorgânicos, sais inorgânicos, compostos de coordenação,  resinas trocadoras de íons, líquidos iônicos, ácidos orgânicos, bases orgânicas, hidróxidos duplos lamelares (HDLs) e óxidos estruturas oriundos da calcinação de HDLs, hidroxissais lamelares e carboxilatos lamelares. Em geral, a ação catalítica destes materiais se deve a sítios ácidos de Brönsted-Lowry e/ou a sítios ácidos ou básicos de Lewis.  

Prótons, oriundos de sólidos que apresentam acidez de Brönsted-Lowry, são capazes de protonar a carbonila de ácidos graxos e/ou acilgliceróis, levando à formação de carbocátions. Estes sofrem um ataque nucleofílico de alcoóis utilizados como agentes de esterificação e/ou transesterificação, levando à formação de monoésteres graxos. 

Como exemplo, Aranda e colaboradores (2009) utilizam o óxido de nióbio como catalisador heterogêneo para a esterificação de ácidos graxos derivados  do refino do óleo de palma com metanol e etanol. Em um procedimento típico,  foram utilizados 307 g de ácidos graxos, 3,2% de catalisador e 149 mL de  metanol ou 215 mL de etanol. Os experimentos foram conduzidos em reator  pressurizado a 130 ºC, com rendimentos da ordem de 80 e 20% nas reações de esterificação com metanol e etanol, respectivamente. Tal processo, patenteado por esse grupo de pesquisa, serviu como base para a  instalação de uma unidade industrial de produção de biodiesel no Pará. 

Assim, o ciclo do biodiesel de primeira geração, derivado de matérias primas nobres, como óleos e gorduras neutras, pode estar chegando ao fim, por conta da disponibilidade, do alto custo da matéria-prima e das implicações em relação à segurança alimentar. 

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