Processo de transesterificação na produção de Biodiesel

Ana Carina Cruz de Mello

Carina Pereira Silva

Felipe Rivera Miguel

Josi Claire Lourenço Porto

Rodrigo Lannes Poubel

Introdução

A produção de biomassa, fonte de energia limpa e renovável, derivada

de materiais orgânicos, para a obtenção de biocombustíveis; principalmente

biodiesel, apresenta um potencial promissor no mundo devido a previsões de

que os recursos energéticos atuais, de fontes não renováveis podem chegar ao

fim.

O biodiesel é um combustível biodegradável derivado da biomassa, que

pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento,

esterificação ou transesterificação. Pode ser produzido a partir de gorduras

animais ou de óleos vegetais, existindo dezenas de espécies vegetais no Brasil

que podem ser utilizadas, tais como mamona, dendê (palma), girassol, babaçu,

amendoim, pinhão manso e soja.

Como combustível, o biodiesel possui algumas características que

representam vantagem sobre os combustíveis derivados do petróleo. Dentre

elas, o fato de ser livre de enxofre e compostos aromáticos e de emitir menos

gases poluentes e materiais particulados tóxicos.

A maior parte do biodiesel produzido no mundo deriva do óleo de soja.

Fatores como a geografia, o clima e economia determinam o óleo vegetal de

maior interesse para uso potencial dos biocombustíveis.

Também é importante ressaltar que a participação do biodiesel na matriz

energética nacional brasileira é capaz de impulsionar o agronegócio da cana,

gerando benefícios à economia brasileira. A produção de etanol é expressiva

em, praticamente, todas as regiões do país, e o biodiesel contribuirá para o

aumento da competitividade do setor, utilizando a rede de distribuição já

existente e as tecnologias desenvolvidas para a cadeia produtiva da cana.

É necessária uma padronização do controle de qualidade para o

biodiesel. No Brasil, as especificações foram editadas pela Agência Nacional

do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

Objetivo

O objetivo deste trabalho é explicar o processo de transesterificação na

produção de biodiesel, em escala de laboratório, e explicar a importância desse

tipo de biocombustível na matriz energética mundial e, principalmente,

brasileira.

Fundamentos Teóricos

Transesterificação consiste em uma reação química entre um éster e um

álcool da qual resulta um novo éster e um álcool.

Figura 1 – Reação genérica de transesterificação

Consiste em reagir um lipídio conhecido como triacilglicerídeo ou

triglicerídeo com um mono-álcool de cadeia curta (metílico ou etílico), na

presença de um catalisador, resultando em uma mistura de ésteres alquílicos

de ácidos graxos (denominado de biodiesel) e glicerol. São necessários na

reação, três moles do álcool para cada mol de triacilglicerídeos, além de ser

utilizado excesso de álcool, de modo a aumentar o rendimento em ésteres, e

favorecer o deslocamento químico dos reagentes para os produtos, permitindo

ainda, a separação do glicerol formado.

Nesta reação é promovida a quebra da molécula do triacilglicerídeo, por

uma seqüência de três reações reversíveis e consecutivas, em que os

monoglicerídeos e os diglicerídeos são os intermediários. Inicialmente, a

molécula de triacilglicerídeo é convertida em diglicerídeo, depois em

monoglicerídeo e, finalmente, em glicerol, produzindo um mol de éster a cada

etapa reacional e liberando a glicerina como co-produto, que possui um de alto

valor agregado, com importante aplicação comercial, por exemplo: nas

indústrias químicas, farmacêuticas e de cosméticos.

Além da glicerina, a cadeia produtiva do biodiesel gera uma série de

outros co-produtos (torta, farelo, etc) que podem agregar valor e se constituir

em outras fontes de renda importantes para os produtores.

O mecanismo reacional em etapas está apresentado na figura a seguir:

Figura 2 – Etapas da transesterificação (Fonte: Candeia, 2008.)

O álcool é considerado o agente de transesterificação e este pode conter

até oito átomos de carbono em sua cadeia. Entretanto, devido às propriedades

conferidas ao produto, os alcoóis metílico (metanol) e etílico (etanol) figuram

entre os principais agentes de transesterificação e são os mais freqüentemente

empregados no processo.

A reação de transesterificação pode ser influenciada por alguns fatores

como: a pureza dos reagentes, tipo do álcool, tipo e a quantidade de

catalisador, razão molar óleo: álcool, agitação da mistura e temperatura.

Materiais e Métodos

A transesterificação é o processo mais utilizado, atualmente, para a

produção de biodiesel.

Neste trabalho será explicado um processo de produção do biodiesel,

em escala de laboratório, a partir do óleo vegetal de soja refinado.

O álcool utilizado é o etílico 99,8 ºGL e o catalisador o hidróxido de

potássio (KOH). Além do álcool, a escolha do catalisador é um fator chave para

obtenção de um bom rendimento da reação química.

A transesterificação de óleos vegetais pode ser conduzida por uma

variedade de rotas tecnológicas em que diferentes catalisadores podem ser

empregados, como bases inorgânicas, ácidos minerais, resinas de troca iônica,

superácidos, superbases e enzimas lipolíticas (lipases).

A catálise básica tem problemas operacionais quando o óleo vegetal

apresenta altos teores de ácido graxo livre, pois são formados sabões que,

além de consumirem parte do catalisador durante sua formação, acabam

gerando emulsões e dificultando a separação dos produtos (ésteres e glicerina)

no final da reação.

Inicialmente, para a formação do etóxido mistura-se KOH em etanol (2%

da massa do óleo) em balão e deixa-se sob agitação durante 10 minutos. Em

seguida o óleo de soja (proporção molar 1:6 óleo/álcool) é adicionado à

solução de etóxido de potássio, esta mistura reacional permanece sob agitação

por 3 horas.

Posteriormente, a mistura é transferida para funil de separação, onde

permanece por 2 horas. Logo após, observa-se a formação de duas fases:

mais densa contendo o biodiesel e outra composta de glicerina, sabões,

excesso de base e álcool. O biodiesel é então lavado utilizando uma solução

de H3PO4(20%) e com solução de NH4Cl (5%). Em seguida o biodiesel é filtrado

a vácuo utilizando Na2SO4 anidro.

O produto final da reação pode ser analisado qualitativamente através

da técnica de cromatografia gasosa (CG/MS). Utiliza-se hélio como gás de

arraste com fluxo na coluna de 1ml/ min -1, temperatura do injetor: 250 ºC, split

1:10; coluna capilar (30 m x 0,25 mm; 0,25 µm ) com fase estacionária VF-5 ms

(5% fenil, 95% dimetil polisiloxano). É injetada alíquota de 1,0 µL da amostra

do biodiesel que necessita ser diluída previamente na proporção de 1:10 em

diclorometano.

O teste para analisar o teor de acidez do biodiesel utiliza-se o método

potenciométrico adaptado de química nova vol: 29 n º 3 593-599, 2006. Para

determinação na amostra é ministrada solução padronizada de KOH 0,0076 N,

água destilada e álcool iso-propílico.

No índice de saponificação (I.S) é utilizada solução de KOH 0,7 mol/l em

etanol, solução fenolftaleina 1%, solução padronizada HCl 0,5 mol/l e tolueno.

Figura 3 – Esquema de produção de biodiesel resumido.

Conclusão

Após a primeira crise do petróleo, provocada por fatores políticos e

econômicos, em 1973, todos os países importadores desse produto fóssil

foram afetados, inclusive o Brasil.

Desde então, a busca por novas fontes alternativas de energia tem

motivado a classe científica a desenvolver tecnologias, as quais permitam

substituir gradualmente o combustível fóssil por fontes energéticas renováveis.

E atualmente, estas pesquisas vêm sendo aceleradas devido às mudanças

climáticas associadas à liberação de gases da queima de combustíveis fósseis,

ao alto preço internacional do petróleo e à preocupação com o

desenvolvimento sustentável.

Nesse contexto, a utilização de biodiesel como combustível tem

apresentado um potencial promissor no mundo inteiro. Vários países vêm

investindo na produção e viabilização comercial do biodiesel, através de

unidades de produção com diferentes capacidades, distribuídas

particularmente na Europa, nos Estados Unidos e no Japão. Dentre as

matérias-primas mais utilizadas figuram os óleos de soja e de canola.

A introdução do biodiesel na matriz energética brasileira poderá trazer

inquestionáveis benefícios no que diz respeito à inclusão social, economia de

divisas, incorporação de terras de baixa qualidade à produção agrícola,

independência estratégica, saldo favorável no balanço de carbono, entre

outros.

A soja, a mamona, o dendê e o babaçu são considerados as oleaginosas

mais promissoras para a produção de biodiesel em larga escala no Brasil. A

produção de biodiesel de soja está sendo sustentada como a mais viável em

argumentos como eficiência, infra-estrutura instalada e a escala da sojicultura.

Para a produção de biodiesel a partir das demais oleaginosas, os principais

argumentos são de cunho econômico, social e ambiental e dependem de

vontade política para investir em sua produção e elaborar políticas públicas

para consolidação do setor.

A redução da dependência externa de importação de diesel consumido no

país, aliada ao fato da redução da poluição atmosférica com adição do

biodiesel ao diesel, nos estimula a recomendar este processo para obtenção do

biodiesel.

Portanto, o Brasil possui um enorme potencial para a produção de

biomassa para a obtenção não só de biodiesel, mas de biocombustíveis, em

geral. Esse potencial pode fazer do país um dos principais fornecedores de

biocombustíveis e tecnologias limpas do mundo.

Referências Bibliográficas

http://www.biodieselbr.com/biodiesel/processo-producao/transesterificacao.htm

http://www.abq.org.br/biocom/2009/trabalhos/-12-5572.htm

BRASIL, Biomassa, Biocombustíveis e bionergia. Brasília, MME, 1982

SARKANEN K V., Progess in Biomass Convertion, Vol. 1, New York, Academic

Press, 1979

W GRIFFIN JR., RODGER, Modern Organic Chemistry – International Student

Edition, McGraw-Hill Kogakusha, Ltd.

CANDEIA, R.A. (2008). Biodiesel de Soja: Síntese, Degradação e Misturas

Binárias. Dissertação de Doutorado em Química Orgânica. Centro de Ciências

Exatas e da Natureza – Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa. pp.8-

25.