UTILIZAÇÃO DE ÓLEO DE FRITURA PÓS-CONSUMO TRATADO COM UMA ARGILA NACIONAL PARA USO COMO BIODIESEL

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1 UTILIZAÇÃO DE ÓLEO DE FRITURA PÓS-CONSUMO TRATADO COM UMA ARGILA NACIONAL PARA USO COMO BIODIESEL Elaine P. Araújo 1 *, Sara V. de Oliveira 1, Divânia F. da Silva 1, Shirley N. Cavalcanti 1 Edcleide M. Araújo 1, Marcus V. L. Fook 1 1 Universidade Federal de Campina Grande UFCG, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Engenharia de Materiais da UFCG, Av. Aprígio Veloso, 882, CEP , Campina Grande PB elainepatriciaaraujo@yahoo.com.br Atualmente o mundo está passando por diversas mudanças ambientais que estão provocando o aquecimento global e uma das mudanças é o aumento do nível de gases tóxicos na atmosfera. Combustíveis derivados do petróleo, como o diesel convencional, além de liberar gases nocivos ao meio ambiente mostram sinais de esgotamento. Várias pesquisas sobre o emprego de fontes de biomassa para a produção de biodiesel estão sendo realizadas nos últimos anos, com o propósito de transformar a matéria-prima renovável em combustíveis alternativos aos derivados de petróleo, visando baixo custo de produção e menor impacto ambiental. O objetivo desta pesquisa foi utilizar o óleo de fritura pósconsumo tratado com uma argila nacional para ser usado como biodiesel. As técnicas para a caracterização dos óleos foram: viscosidade cinemática, teores de acidez e resíduo. Os resultados mostraram que o óleo tratado com a argila nacional apresentou características similares ao óleo virgem e que provavelmente pode passar para uma etapa posterior para produção de biodiesel. Palavras-chave: óleo de fritura, argila, meio ambiente, biodiesel. Utilization of post-consumption frying oil treated with a Brazilian clay for using as biodiesel Currently the world is going through various environmental changes that are causing global warming and one of the changes is to increase the level of toxic gases in the atmosphere. Fuels derived from oil, such as conventional diesel, and release harmful gases to the environment show signs of exhaustion. Several studies on the use of renewable biomass for biodiesel are undertaken in recent years, with the aim of transforming the raw material into renewable fuel alternative to oil products, to low production cost and lower environmental impact. The objective of this research was to use the post-consumption frying oil treated with national clay to be used as biodiesel. The techniques for the characterization of the oils were: kinematic viscosity, acidity and levels of waste. The results showed that the oil treated with the national clay had similar characteristics to the virgin oil, which can probably move to a later step to produce biodiesel. Keywords: frying oil, clay, environment, biodiesel. Introdução O modelo energético dos dias atuais baseado no petróleo dá sinais de esgotamento e com ele o paradigma produtivo que utiliza o petróleo também como fonte de matéria-prima para boa parte dos produtos que usamos e consumimos, como, plásticos, roupas, fertilizantes e medicamentos, movimentando desta forma uma verdadeira civilização do petróleo [1,2]. A necessidade de se obter fontes de energia renováveis, principalmente em países em desenvolvimento como o Brasil, tornou-se primordial nas últimas décadas. Uma das alternativas foi a utilização de óleos vegetais em motores de ciclo diesel. A crise no Brasil foi amenizada pelo Programa Nacional do Álcool (PROALCOOL), mas os veículos como caminhões, ônibus, continuaram a serem movidos por diesel mineral [2].

2 Inúmeras pesquisas estão introduzindo a biomassa, isto é, todos os organismos biológicos que podem ser aproveitados como fontes de energia, para fins energéticos. A finalidade principal dessas pesquisas é transformar a matéria-prima renovável em combustíveis alternativos aos derivados de petróleo, visando baixo custo de produção e menor impacto ambiental. Atualmente, a reciclagem de resíduos agrícolas e agro-industriais vem ganhando espaço cada vez maior, pois além de fornecerem matérias-primas de baixo custo, diminuem os efeitos da degradação ambiental decorrente de atividades industriais e urbanas [3,4]. O emprego de combustíveis de origem agrícola em motores do ciclo diesel é bastante atrativo tendo em vista o apelo ambiental, tanto por ser uma fonte renovável de energia quanto pelo fato do seu desenvolvimento permitir uma redução da dependência de importação do petróleo [4]. A utilização de combustíveis alternativos, segundo Plá [5] não é recente. As primeiras experiências com o uso comercial do biodiesel na Europa surgiram nos anos da Segunda Guerra Mundial, Já no Brasil os estudos a cerca de combustíveis alternativos iniciaram na década de 70, com a experiência do PROÁLCOOL, o qual foi implementado em função do choque do petróleo. O biodiesel, de acordo com Issariyakul et al. [6] é uma energia alternativa, renovável e que libera uma menor quantidade de gases nocivos ao ambiente quando comparado com o diesel convencional. É considerado um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis como óleos vegetais, óleos de fritura usados, gorduras animais que, estimulados por um catalisador, reagem quimicamente com o álcool etílico ou o metanol, resultando em um combustível de alta qualidade [4]. O programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB) articulado pelo Governo Federal desde 2003, teve como objetivo primordial ampliar a produção e o consumo em escala comercial do biodiesel como aditivo ao diesel petrolífero no Brasil. Com a lei , de treze de janeiro de 2005, foi estabelecido a introdução do biodiesel na Matriz Energética Brasileira, com a obrigatoriedade da adição de 2% desse biocombustível ao óleo diesel de origem fóssil a partir de 2008 [7]. De acordo com Neto et al. [8], o biodiesel obtido de óleo de fritura pós-consumo, através de estudos realizados, apresentou uma redução de fumaça, demonstrando que vale a pena reutilizar este óleo para produção de biodiesel, caracterizando um destino mais adequado a este resíduo que, no Brasil, é desprezado e/ou parcialmente aproveitado de maneira inadequada. Uma outra vantagem da produção de biodiesel a partir de óleos de frituras usados é que além de não ocupar áreas de cultivo voltadas para alimentação, os rescursos podem ser encontrados em qualquer estabelecimento residencial ou comercial. Além dessa vantagem, a produção também acabaria com uma prática comum no comércio popular de produtos fritos, pois, quando reutilizado, o óleo libera uma

3 substância tóxica, a acoleína, que interfere no funcionamento do sistema digestivo, respiratório e pode provocar até o câncer [9]. A reciclagem de óleos pós-processamento é mínima e tem aplicações restritas, sendo uma delas a utilização na indústria de sabão e, mais recentemente, como biodiesel [10]. O biodiesel, também conhecido como petróleo verde, segundo Torres et al. [4] é um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis como óleos vegetais e gorduras animais que, estimulados por um catalisador, reagem quimicamente com o álcool ou o metanol. Este pode ser feito com qualquer óleo vegetal novo ou usado, resíduos ou borras. Os óleos pós-consumo quando são submetidos a vários processos de fritura desenvolvem características de odor, sabor, cor e textura que provocam alterações termooxidativas que alteram a qualidade do óleo. Estudos com óleos aquecidos por longos períodos, sob temperaturas elevadas, demonstraram que os produtos resultantes contêm mais de 50% de compostos polares, que são os produtos de degradação dos triglicerídios [11]. De acordo com os últimos dados fornecidos pelo Departamento Nacional de Produção Mineral DNPM [12], o estado da Paraíba é atualmente a maior fonte de argilas bentoníticas (esmectita), estando seus jazimentos localizados principalmente no Município de Boa Vista. Suas reservas totalizam cerca de 70% de argilas bentoníticas de todo o Brasil. Dessa forma, o uso de uma argila nacional para o tratamento de óleos vegetais pós-consumo, é de suma importância não só para o desenvolvimento regional como também para o desenvolvimento de novos materiais. Para esta pesquisa foi utilizada uma argila nacional bentonita. Por definição uma argila bentonita é qualquer argila composta predominantemente pelo argilomineral montmorilonita, do grupo da esmectita, e cujas propriedades são estabelecidas por este argilomineral [13]. O termo esmectita, segundo Luz e Oliveira [14], é dado a um grupo de minerais constituídos por: montmorilonita, beidelita, nontronita, hectorita e saponita, no qual cada um desses minerais forma uma estrutura similar, mas cada um é quimicamente diferente. O mineral mais comum nos depósitos econômicos do grupo da esmectita é a montmorilonita. As variedades cálcicas e sódicas, baseadas no cátion trocável, são as mais abundantes. A Figura 1 apresenta a estrutura da montmorilonita. (a) (b) Figura 1: Representação esquemática da (a) folha de silicato tetraédrica e (b) folha central octaédrica da estrutura do argilomineral montmorilonita. Fonte: Amorim [15].

4 Esta pesquisa teve como objetivo recuperar o óleo de fritura pós-consumo, tratando-o com uma argila nacional. Foram realizados testes de viscosidade cinemática e teores de acidez e resíduo para comparar o óleo pós-consumo tratado com o óleo virgem. Através dos resultados obtidos pode-se observar que a argila usada melhorou as características do óleo de fritura pós-consumo tratado, tornando-o semelhante ao óleo de soja virgem. Experimental Óleo e argila O óleo foi coletado em uma residência do município de Campina Grande - PB. A argila foi doada pela empresa BENTONISA - Bentonita do Nordeste S/A localizada em João Pessoa/PB. Ensaio laboratorial O ensaio laboratorial foi realizado misturando-se a amostra de argila betonita nacional com o óleo de fritura pós-consumo. A mistura foi realizada sob agitação mecânica durante alguns minutos com aquecimento de 110 o C. Em seguida, a mistura óleo-argila foi filtrada sob vácuo em temperatura ambiente. Os óleos vegetais virgem, pós-consumo e pós-consumo tratado foram caracterizados pelas técnicas de viscosidade, teores de acidez e resíduo realizados na empresa Lubeclean - Distribuidora e Purificadora Ltda., localizada em João Pessoa-PB. Técnicas de caracterização Os óleos foram caracterizados pelas técnicas de: viscosidade cinemática, por meio de um viscosímetro termostato, ensaio-astm-445, marca Quimis, voltagem 220 v, temperatura de 40 o C. O teste de acidez foi determinado por titulação conforme a norma ASTM D 664. A. 24. e, o teor de resíduo foi realizado por uma centrífuga, modelo 215, marca Fanem, voltagem 220 v, pertencente ao laboratório da Lubeclean. Resultados e Discussão A Tabela 1 apresenta os resultados de viscosidade, acidez e resíduo do óleo de soja virgem, do óleo de fritura pós-consumo sem tratamento e do óleo de fritura pós-consumo tratado com argila nacional.

5 Tabela 1. Análise de óleos vegetais: virgem, pós-consumo sem tratamento e pós-consumo tratado com argila Óleo de soja refinado virgem Óleo de fritura pósconsumo sem tratamento Óleo de fritura pósconsumo tratado com argila Viscosidade 32,30 38,58 34,67 (mm 2 /s) Teor de Zero 0,20 0,28 acidez (mg KOH/g) Resíduo (%) Zero 0,1 Zero Fonte: Laboratório Lubeclean, 2008 Como pode ser observado na Tabela 1, o óleo tratado apresentou uma viscosidade próxima da faixa do óleo virgem, indicando a possibilidade de uso como biocombustível. De acordo com Neto et al. [16], a viscosidade que é a medida da resistência interna ao escoamento de um líquido, constitui uma propriedade importante dos óleos vegetais, pois seu controle visa preservar sua característica lubrificante nos motores, bem como um funcionamento adequado dos sistemas de injeção e bombas de combustível. Valores de viscosidade superiores ou abaixo da faixa podem levar a desgaste excessivo nas partes auto - lubrificantes do sistema de injeção, a um aumento do trabalho da bomba de combustível, vazamento na bomba de combustível, além de proporcionar atomização inadequada do combustível com consequente combustão incompleta e aumento da emissão de fumaça e material particulado [17]. No Brasil, tentou-se fazer uma especificação única para o biodiesel (B100) semelhante a outras já existentes em alguns países. Porém, existem características que diferenciam o Brasil, país tropical, de países como os da Europa: a temperatura, que é elevada durante quase todo o ano e outro fator importante é que na Europa se reproduz o biodiesel a partir de óleos de uma única espécie vegetal, a colza. Como no Brasil existe uma grande diversidade de espécies com uso potencial para produção de óleos, em muitos casos, é impossível atingir valores de viscosidade conforme os especificados. As especificações para o diesel convencional e para o biodiesel no Brasil são: Viscosidade a 40 o C (mm 2 /s)- Portaria ANP 310/01 (diesel):2,5-5,5 e ANP 255/03 (biodiesel): 2,5-5,5. A viscosidade do biodiesel é consideravelmente diminuída em relação ao do óleo de origem quando passa para um processo posterior que é a reação de transesterificação (que é a etapa da conversão, do óleo ou gordura em ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, que constitui o biodiesel) [18]. Com relação ao teor de acidez encontrado nas amostras estudadas, os resultados obtidos permaneceram dentro das especificações da Portaria 42/2004 da ANP que estabelece um valor de 0,80 mg KOH/g para o biodiesel (B100) [17]. Porém, mesmo que o óleo de fritura sem tratamento apresente um valor de acidez dentro dos valores estabelecidos pela ANP, este óleo precisa passar por um processo de tratamento para retirar impurezas que lhe conferem cor e instabilidade. De

6 acordo com Masson citado por Vergara et al. [19], a acidez pode revelar parcialmente o estado de conservação dos óleos e gorduras, pois quanto maior o número de frituras maior a hidrólise do óleo, com consequente aumento no conteúdo de ácidos graxos. O ideal é que o óleo esteja com índice de acidez menor que 2 mg KOH/g, para que se tenha um bom rendimento reacional na obtenção de biodiesel e também para evitar problemas nos motores a diesel [20]. Vasconcelos et al. [21] afirmam que o teor de acidez pode ser definido como a massa (em mg) de hidróxido de potássio necessária para neutralizar os ácidos graxos livres não esterificados e revela o estado de conservação do biodiesel, pois, com o tempo ocorre a hidrólise dos ésteres com consequente diminuição do ph devido ao aumento do teor de ácidos graxos. O estado de conservação do óleo está intimamente relacionado com a natureza e qualidade da matéria-prima, com a qualidade e o grau de pureza do óleo, com o processamento e, principalmente, com as condições de conservação, pois a decomposição dos glicerídeos é acelerada por aquecimento e pela luz, enquanto a rancidez é quase sempre acompanhada da formação de ácido graxo livre [22]. Quanto ao teor de resíduo, a argila retirou boa parte das impurezas que estavam presentes no óleo sem tratamento, uma vez que a recuperação do óleo que se faz através de um primeiro passo que é o processo de descoramento, constitui uma das etapas mais importantes do refino de óleos vegetais e tem como papel fundamental eliminar substâncias que conferem cor e instabilidade ao óleo (resíduo). Nesta etapa, o descoramento do óleo ocorre através da adsorção dos pigmentos, que se pode fazer utilizando-se argilas como materiais adsorventes [23]. Com relação ao destino da argila retida no filtro-prensa, esta pode ser aplicada em camadas de compactação de obras de terra ou pode ser convertida em aglomerados não poluentes aplicáveis na formação de aterros sanitários [24]. Conclusões Nessa pesquisa, o óleo de fritura pós-consumo tratado com uma argila nacional foi utilizado e estudado para aplicação como biodiesel. De acordo com os resultados obtidos pode-se concluir que o óleo de fritura pós-consumo tratado com a argila nacional apresentou uma viscosidade próxima da faixa do óleo virgem. Quanto ao teor de acidez, o óleo tratado apresentou valores dentro dos padrões estabelecidos pela ANP (Agência Nacional do Petróleo). A argila retirou boa parte dos resíduos (impurezas) que conferiam cor, odor e provocavam certa instabilidade no óleo, tornando-o possivelmente adequado para passar para um tratamento posterior (reação de transesterificação) para ser usado como biodiesel.

7 Agradecimentos Os autores agradecem à BENTONISA-Bentonita do Nordeste S/A pela doação da argila, à LUBECLEAN - Distribuidora e Purificadora Ltda., pela disponibilização dos equipamentos necessários para a realização dessa pesquisa, ao laboratório de Engenharia de Materiais (DEMa)/UFCG e ao MCT/CNPq pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. L. Hocevar. in Anais do Congresso Brasileiro de plantas oleaginosas, óleos, gorduras e biodiesel, Varginha, São Paulo, J. Rifkin. A Economia do Hidrogênio, M. Books do Brasil, Ed.; São Paulo, R. Rosenhaim; M. L. A. Tavares; M. M. Conceição; A. E. A. Lima; I. M. G. Santos; A. G. Souza. Disponível em: < Acesso em 10 de fevereiro de R. Rathmann; O. Benedetti; A. J. Plá; A. D. Padula. in Anais do Congresso da Rede Brasileira de Tecnologia do Biodiesel, Brasília, Brasil, 2006, Vol. 1, 13p. 5. E. A. Torres; H. D. Chirinos; C. T Alves; D. C. Santos; L. A. Bahia Análise & Dados, 2006, p A. J. Plá. Indicadores Econômicos FEE, 2002, p T. Issariyakul; M. G. Kulka; L. C. Meher; A. K. Dalai; N. N. Bakhshi. Chemical Engineering Journal, 2008, p S. S. Suerdieck. Bahia Análise & Dados, 2006, p P. R. C. Neto; L. F. S. Rossi; G. F. Zagonel; L. P. Ramos. Química Nova. 2000, 19p. 10. Diário da Borborema. Biodiesel a partir de óleo de fritura. Campina Grande, 6 de dezembro de M. G. Tiritan; E. da S. Ferreira. Disponível em: < Acesso em 10 de outubro de N. Jorge; C. Janieri. Ciênc.agrotec., 2005, p DNPM, Departamento Nacional de Produção Mineral, Bentonita, Sumário Mineral Brasileiro, L. V. Amorim; J. D. Viana; K. V. Farias; M. I. R. Barbosa; H. C. Ferreira. Revista Matéria. 2006, p A. B. Luz; C. H. de Oliveira. CETEM. Rochas & Minerais Industriais: Usos e Especificações. 2005, p L. V. Amorim. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Campina Grande - UFCG, J. C. Melo; J. C. Teixeira; J. Z. Brito; J. G. Pacheco; L. Stragevitch. Disponível em: < > Acesso em 10 de março de L. F. S. Gomes, Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, P. Vergara; A. P. Wally; V. R. Pestana; C. Bastos; R. C. Zambiazi. B. CEPPA. 2006, p J. H. Dantas; R. A. Candeia; M. M. Conceição; M. C. D. Silva; I. M. G. Santos; A. G. Sousa. Disponível em: < >. Acesso em: 28 de agosto de A. F. F. Vasconcelos; M. B. Dantas; A. E. A. Lima; F. C. Silva; M. M. Conceição; I. M. G. Santos; A. G. Souza. Disponível em: < > Acesso em 10 de março de T. L. Costa, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Campina Grande, C. G. Oliveira, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, A. A. P. Ramos, Monografia, Universidade Católica do Rio Grande do Sul, 2008.