AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DO ÓLEO DE JACATUPÉ PARA POTENCIAL PRODUÇÃO DE BIODIESEL

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DO ÓLEO DE JACATUPÉ PARA POTENCIAL PRODUÇÃO DE BIODIESEL Cristian Soldi 1 Fabiana de Araújo Lana 1 Moacir Geraldo Pizzolatti 2 RESUMO O biodiesel é definido como óleos vegetais ou gorduras animais que são compostos em sua maioria por ésteres metílicos ou etílicos de cadeia longa (Knothe, 2005). O fato de que um dia as fontes de combustíveis fósseis irão esgotar aliado à muitos problemas ambientais, conduziu os pesquisadores do mundo todo à buscarem combustíveis alternativos e ecologicamente corretos (Barnwal et al, 2005). Neste sentido, o objetivo deste trabalho é avaliar a composição química e as propriedades físico-químicas do óleo das sementes de Jacatupé (Pachyrzizus bulbosus Kurz; Papilonaceae) para potencial produção de biodiesel. O óleo obtido foi extraído das sementes por percolação com hexano rendendo 27 %. A análise dos espectros de infravermelho (IV) e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM), revelaram a presença de ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxos de cadeia longa como constituintes majoritários. As propriedades físico-químicas das amostras de óleo foram comparadas com as propriedades do óleo diesel (Tipo C) e se mostraram semelhantes. Esses resultados preliminares e o alto rendimento de óleo são bons indicadores para o potencial aproveitamento do óleo de Jacatupé na produção de biodiesel. Palavras-chave: Jacatupé, biodiesel, ésteres metílicos, ésteres etílicos. 1 INTRODUÇÃO Hoje em dia o mundo convive com uma crise de energia devido ao esgotamento, num futuro não tão distante, das fontes de combustíveis fósseis (Meher, 2005). Esta situação conduziu à busca de combustíveis alternativos a partir de fontes renováveis e ambientalmente corretos (Barnwal et al, 2005). Lab. de Química de Produtos Naturais, Dep. de Química, U.F.S.C., Florianópolis, SC. 1 Alunos IC (csoldi@qmc.ufsc.br). 2 Professor/ Pesquisador, UFSC (mgpizzo@qmc.ufsc.br). 467

2 2 Um combustível alternativo para motores diesel que já vem sendo estudado por pesquisadores de todo o mundo, é o biodiesel. Devido ao fato de ser produzido a partir de óleos vegetais e gorduras animais, o biodiesel é considerado ser uma fonte de combustível renovável (Garpen, 2005). Geralmente são obtidos de óleos vegetais ou outros produtos que possuem uma grande quantidade de triacilgliceróis através da transesterificação com etanol ou metanol para resultar nos respectivos ésteres metílicos ou etílicos, contendo uma cadeia longa pertencente á um ácido graxo (Knothe et al, 2005). Como matéria prima se tem utilizado gorduras animais ou óleos vegetais, tais como os óleos de soja, girassol, palma, canola, algodão e jatropha (Kumar et al, 2005), além do aproveitamento de óleos utilizados em frituras. Jacatupé (Pachyrzizus bulbosus Kurz) pertence á família botânica Papilonaceae e também é conhecida popularmente como feijão-batata, feijão-jacatupé. É uma planta herbácea trepadeira que produz grandes túberas subterrâneas, comestíveis e que são facilmente cultivadas em locais com clima equatorial a tropical, e com chuvas bem distribuídas. Suas sementes produzem altos teores de óleo. Nesse contexto, o presente trabalho relata os resultados preliminares obtidos a partir de estudos realizados com o óleo fixo das sementes de jacatupé, onde se avaliam as propriedades físico-químicas para potencial produção de biodiesel. 2 MATERIAL E MÉTODOS Sementes de Jacatupé (500 g), cultivadas no município de Tubarão, SC, foram trituradas e extraídas com hexano por percolação. O espectro de absorção na região do infravermelho do óleo obtido, foi registrado em um espectofotômetro Perkin Elmer FTIR 16 PC em filme sobre janela de NaCl. O óleo obtido foi submetido à cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas em equipamento GCMS QP2000A. A separação cromatográfica foi realizada em cromatógrafo Shimadzu GC 14A, utilizando coluna DB1 (30 m x 0,25 mm x 0,25 mm). Utilizou-se temperatura programada de 60 ºC à 300 ºC à uma taxa de 10 ºC min -1 seguida de uma isoterma à 300 ºC por 40 minutos. A temperatura usada para o injetor e detector foram 300 e 290 ºC, respectivamente. A velocidade do gás de arraste (He) foi de 1,0 ml min -1. Uma injeção split na proporção de 1:100 foi utilizada e o volume de amostra injetada foi de 0,4 μl 468

3 3 O poder calorífico foi determinado em bomba calorimétrica, sendo que a constante do calorímetro foi obtida com a queima do ácido benzóico. A densidade das amostras foram determinadas pesando-se 1 ml de cada amostra (em triplicata) em picnômetro, de 23 ºC. O índice de refração foi determinado em aparelho AnalyticJena à temperatura ambiente de 25 ºC. A tensão superficial foi determinada pelo método do peso da gota, utilizando a água como padrão, à 20 ºC, chegando á um resultado experimental de 73,14 mn m -1, sendo que o valor relatado pela literatura é 72,75 mn m -1 (Shaw, 1971). A viscosidade das amostras foram determinadas em Rhêometro Digital Brookfield modelo DV-III à 40 ºC. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO As sementes de Jacatupé (500 g) foram trituradas e submetidas à extração por percolação com hexano obtendo-se 27 % em peso de óleo. Foram trabalhadas duas amostras de diferentes coletas que após serem concentradas, foram denominadas óleo 1 e óleo 2. O espectro de IV (Figura 1) das duas amostras se mostraram idênticas, apresentando banda para estiramento C=C em 1653 cm -1 e C-H de carbono sp 2 em 3007 cm -1, indicando a presença de insaturações, banda de carbonila de éster em 1745 cm - 1 e intensas bandas de absorção em 2924 e 2854 cm -1 devido a estiramentos C-H de carbonos sp 3. Estes dados indicam que o óleo é composto principalmente por ésteres de ácido graxo de cadeia longa contendo insaturações. Figura 1 Espectro de infravermelho (Filme, NaCl) da amostra de óleo 2 As duas amostras de óleo foram submetidas á analise por cromatografia gasosa, sendo que a amostra óleo 1 foi submetida também à análise por CG-EM. Os dois cromatogramas apresentaram-se bem semelhantes com exceção de alguns compostos minoritários presentes na 469

4 4 amostra óleo 1. O cromatograma (Figura 2) revelou que óleo de jacatupé é constituído principalmente por dois componentes e uma série de compostos minoritários. Os espectros de massas obtidos confirmaram a presença de um éster metilico C 18 e um éster etílico C 14 como componentes majoritários. Figura 1 Cromatograma do óleo fixo de Jacatupé As propriedades físico-químicas das duas amostras de óleo foram avaliadas através dos parâmetros: poder calorífico, densidade, índice de refração, teor de cinzas, quantidade de água produzida na combustão, tensão superficial e viscosidade. Os resultados, comparando os valores para as duas amostras de óleo com o óleo díesel são apresentados na tabela 1. Tabela 1 Características físico-químicas do óleo de Jacatupé e diesel convencional (tipo C) Características Óleo 1 Óleo 2 Óleo diesel (lopes et al) Poder calorífico superior (PCS) (cal g -1 ) Poder calorífico inferior (PCI) (cal g -1 ) 10285, ,65 - Densidade (g ml -1 ) 0,8828 0,9894 0,8497 Índice de refração 1,472 1,471 - Tensão superficial (mn/m) 32,38 31,65 - Viscosidade à 40 ºC (cst) 43,4 41,0 3,04 Teor de cinzas (%) 0,00 0,03 0,014 Água produzida na combustão (g) ,

5 5 4 CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostram que as sementes de Jacatupé tem elevado teor de óleo fixo o qual é composto principalmente por ésteres metílicos e etílicos de cadeia longa C 18 e C 14. Os parâmetros físico-químicos sem mostraram próximos àqueles relatados na literatura para o óleo diesel (Tipo C), embora a alta viscosidade poderá estar indicando também a presença de triglicerideos. Assim, os dados obtidos são bons indicadores para o potencial aproveitamento do óleo de Jacatupé na produção de biodiesel. 5 AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer à Marly da Silveira Soldi pela ajuda na determinação do poder calorífico. À doutoranda Alexandra Mara de Amorim pela ajuda na determinação da viscosidade das amostras. À UFSC, PIBIC e CNPq pelo suporte financeiro. 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Barnval, B.K.; Sharma, M.P.; Prospects of biodiesel production from vegetable oils in India. Renewable and Sustainable Energy Reviews; 9 (2005) Gerpan, J.V.; Biodiesel processing and production. Fuel processing tecnhnology; 86 (2005) Karmee, S.K.; Chadha, A.; Preparation of biodiesel from crude oil of Pongamia pinnata. Bioresource Technology 96 (2005) Knothe, G.; Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters; 86 (2005) Knothe, G.; Steidley, K.R.; Kinematic viscosity of biodiesel fuel components and related compounds. Influence of compound structure and comparison to petrodiesel fuel components. Fuel; 84 (2005) Lopes, A.; et al; Potencialidades do biodiesel no Brasil. In Anais do 1º Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas Óleos Vegetais Biodiesel. (2004). Vide 471

6 6 Meher, L.C.; Sagar,D.V,;. Naik, S.N.; Technical aspects of biodiesel production by transesterification a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews; Article in press, xx (2004) Shaw, D. J.; Avery, H. E; Basic physical chemistry calculations. London: Butterworths, 1971, repr p 472