3° CONGRESSO DA REDE BRASILEIRA DE TECNOLOGIA DE BIODIESEL - RBTB

Produção de biodiesel a partir do óleo da borra do café.

Julião Pereira*, Carolina P. Prados, Pedro Ivo B. M. Franco, Maria Isabel R. Alves, Affonso C. Gonçalves Jr., Maria Inês G. Leles, Nelson R. Antoniosi Filho.

Laboratório de Métodos de Extração e Separação (LAMES), Instituto de Química, Universidade Federal de Goiás, Campus Samambaia, C. P. 131, CEP 74001-970 – Goiânia – GOnelson@quimica.ufg.br ¹

Palavras Chave: Biodiesel, Óleos, Café.

BRASÍLIA – DISTRITO FEDERAL 09 E 10 DE NOVEMBRO DE 2009HOTEL BRASÍLIA ALVORADA

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Introdução

A transesterificação de óleos ou gorduras vegetais ou animais para produção de biodiesel vem sendo amplamente explorada no mundo. O Brasil se destaca pela variedade de matérias-primas potenciais na produção do biocombustível. Uma matéria-prima em potencial é a fração lipídica da borra de café, uma vez que o Brasil é um dos maiores produtores e consumidores desta bebida no mundo. Somente a produção de café solúvel é responsável pela geração de 304 mil toneladas de borra úmida.1

Sabe-se que o óleo de café é rico em matéria insaponificável, uma excelente característica para produção de biodiesel, uma vez que a formação de sabão pode competir com a formação de ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos (biodiesel). Visando garantir a qualidade da matéria-prima é importante, que se conheça a composição em ácidos graxos do óleo, pois isso influência em diversas características do biocombustível, como índice de cetanos, estabilidade oxidativa, ponto de entupimento de filtro a frio, lubricidade e viscosidade.2

Assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a fração lipídica da borra de café como matéria-prima para a produção de biodiesel.

Materiais e Métodos

A amostra de borra de café, resultante da produção da bebida café, foi coletada no próprio laboratório e seca em estufa por 24 h a 110°C. A borra de café, agora isenta de água, foi então submetida à extração por Soxhlet utilizando n-hexano como solvente. O procedimento foi realizado de acordo com o método oficial para determinação de teor de óleo em frutas e sementes oleaginosas.3

Realizada a extração do óleo, partiu-se para a elucidação de sua composição. Para tal, realizou-se uma transesterificação do óleo em microescala pelo procedimento de Hartman e Lago.4 Injetou-se a fase de ésteres metílicos de ácidos graxos no cromatógrafo a gás GC 7890 equipado com detector por ionização em chama e injetor automático Agilent. Utilizou-se injeção do tipo split com razão de 1:30 com temperatura de 300°C e hidrogênio 5.0 como gás de arraste. Empregou-se programação de temperatura do forno de 180°C até 250°C e uma coluna HP-88 de 100 metros de comprimento, nitrogênio de make-up e temperatura do detector de 385°C.Conhecendo a composição em ácidos graxos do

óleo realizou-se a reação de transesterificação para obtenção do biodiesel etílico de óleo de borra de café. A reação foi realizada pela rota etílica com catálise básica e 90 minutos de reação sob agitação de 200 rpm em agitador Nova Ética modelo 430. Para averiguar a qualidade do biodiesel obtido, este foi submetido à reação de derivatização com MSTFA e injetado do cromatógrafo a gás GC 2010 Shimadzu equipado com detector por ionização em chama e injetor automático. O sistema de injeção

utilizado foi o split com razão de 1:20 para um volume de 1 µL e temperatura do detector a 360°C. O forno foi submetido a uma rampa de temperatura de 60 a 385°C com uma coluna DB-5HT de 25 m de comprimento e temperatura do detector de 385°C.Tanto o óleo bruto da borra de café quanto o

biodiesel foram submetidos à análise por termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), para elucidar o perfil de degradação térmica, a estabilidade térmica e o ponto de congelamento. Tanto as análises de TG quanto as de DSC foram efetuadas em atmosfera de ar sintético com fluxo de 50 mL.min-1, as análises de TG foram realizadas em cadinhos de α-Alumina de 140 μL, em uma dinâmica de 25°C até 800°C com razão de aquecimento de 10°C.min-1. As análises de DSC foram realizadas em cadinho de alumínio de 40 μL com tampa furada, de maneira dinâmica de 30°C à -60°C, com razão de aquecimento de -5°C min-1.

Resultados e Discussão

A extração do óleo da borra de café apresentou um rendimento em massa de 33,3%. Um rendimento, extremamente satisfatório uma vez que os grãos crus apresentam um teor médio de óleo de 15 % aproximadamente.2 Supõe-se que o aumento do rendimento em massa é devido ao acúmulo de óleo durante o processo de torra e extração da parte solúvel no preparo do café.

A análise cromatográfica do óleo permitiu conhecer sua composição percentual em ácidos graxos (Tabela 1), o que é essencial para se estabelecer o tipo de biocombustível que pode ser obtido a partir do óleo de borra de café. Observa-se que a presença de ácidos graxos insaturados é predominante, o que pode levar a um alto número de cetano e menor temperatura de ponto de entupimento de filtro a frio ao biodiesel que será produzido.5 Tabela 1 - Composição percentual em ácidos graxos do óleo de borra de café

Ácido Graxo (%)P (C-16:0) 32,10S (C18:0) 7,73O (C-18:1 cis9) 10,55V (C-18:1 cis11) 0,48L (C-18:2) 46,15Ln (C-18:3) 2,18Ar (C-20:0) 0,81TOTAL 100,0

As curvas DSC mostram que o ponto de congelamento tanto para óleo bruto (linha cheia) quanto para biodiesel (linha pontilhada) são de 0,93°C e 0,92°C respectivamente.

Nota-se também que na curva do biodiesel há um pico em torno de -26°C que possivelmente deve-se a algum produto de conversão do óleo.

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Figura 1 - Curva DSC do óleo de café (linha cheia - A) e Biodiesel do óleo de café (linha pontilhada - B).

Pela a análise das curvas TG é possível identificar uma redução da estabilidade térmica da amostra após sua transesterificação, sendo essa diminuição de cerca de 30°C, o que é evidenciado com curva DTG (derivada primeira da curva TG). O óleo bruto tem sua estabilidade térmica em 180°C e o biodiesel em 150°C, o que coincide com os resultados obtidos para a maioria dos óleos graxos.6

As curvas DTG demonstram que o óleo bruto se decompõe em quatro etapas, sendo que sua maior decomposição de perda de massa ocorre em 480°C. Já o biodiesel apresenta somente duas etapas de decomposição sendo que a de maior perda de massa ocorre em 475°C.

Figura 2 - Curva TG (superior) e DTG (inferior) do óleo de café (linha cheia) e Biodiesel do óleo de café (linha pontilhada). O cromatograma do biodiesel de óleo de borra de café (Figura 3) produzido utilizando as mesmas condições reacionais de transesterificação utilizada para outros óleos evidencia um biocombustível com quantidade de picos na região dos triacilglicerídeos, entre 19 e 23 min, o que demonstra que o rendimento em ésteres não foi adequado. A posterior determinação da acidez do óleo evidenciou que a mesma era elevada, o que indica que há uma grande quantidade de ácidos graxos livres nesse tipo de amostra, afetando a qualidade final do biodiesel etílico produzido.

5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 min

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50uV(x1,000,000) Chromatogram

Figura 3 - Cromatograma do biodiesel de óleo de borra de café.

Observa-se, portanto, que o óleo de borra de café apresenta-se como matéria-prima promissora na produção de biodiesel, principalmente pelo seu baixo custo e alta disponibilidade. Entretanto, as condições de síntese do biodiesel pela rota etílica devem ser mais exploradas para obter um biocombustível de melhor qualidade com um maior rendimento em ésteres.

AgradecimentosMCT, FINEP, FUNAPE, CNPq e CAPES.

Bibliografia1Gil, S. R.; Borre, R. B.; Reinert, F. Transesterificação da fração lipídica Da borra de café. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Química – Universidade Federal do Rio de Janeiro, RJ, p. 52-57, 61, 2008.2Camargos R. R. S.; Avaliação da viabilidade de se produzir biodisel através de transesterificação de óleo de grãos de café defeituosos. Dissertação (Mestrado) – Escola de engenharia – Universidade Federal de Minas Gerais, MG, p.27-33, 39-41, 2005.3IUPAC. Standard Methods for the Analysis of Oils, Fats and Derivatives – Determination of oil content (extraction method), 1988.4Antoniosi Filho, N.R. Análise de FAMES por HRGC. In: Análise de óleos e gorduras vegetais utilizando métodos cromatográficos de alta resolução e métodos computacionais. Tese (Doutorado) – Instituto de Química – Universidade de São Carlos, SP, p. 38-43;61; 97, 1995.5Moura, C.V.; et al; Biodiesel from babassu (Orbignya sp.) synthesized via ethanolic route. Química Nova. v. 30, n.3, p. 600-603. São Paulo, 2007.6Çaynk, S., Guru, M., Biçer, A., Keskin, A., Içingür, Y.; Biodiesel production from pomace oil and improvement of its properties with synthetic manganese additive.Fuel, n 88, p. 534-538, 2009.

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