3º Congresso Norte Nordeste de Química, São Luís, Maranhão 2009

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1 AVALIAÇÃO DA TRA SESTERIFICAÇÃO DE TRÊS AMOSTRAS DE ÓLEOS VEGETAIS PARA OBTE ÇÃO DE BIODIESEL Victor Augusto Araújo de Freitas * (IC), Jackieline Souza Veras Lima (IC), Paulo Rogério da Costa Couceiro (PQ) *victoraugusto.freitas@gmail.com Laboratório de Pesquisas e Ensaios de Combustíveis (LAPEC), Departamento de Química, ICE, Universidade Federal do Amazonas, Coroado, Manaus, AM. 1. Introdução A crescente demanda de produção de energia e de transportes, e em paralelo o desequilíbrio ambiental e a instabilidade do preço do barril de petróleo vêm colocando em xeque-mate a oferta de petróleo no mercado mundial. Esses fatores justificam e impulsionam a pesquisa na busca de fontes renováveis de energia com baixo custo de produção e menos poluentes, e que atenda o desenvolvimento sócio-econômico com geração de renda e inclusão social. Como consenso mundial, o biodiesel esta se firmando na substituição do óleo diesel mineral por ser renovável, biodegradável, não-tóxico ao meio ambiente e promover o desenvolvimento econômico nas áreas rurais. Em 2004, o presidente Luís Inácio Lula da Silva sancionou a Lei n /05, de 01/01/2005, que estabeleceu a adição opcional de 2 % de biodiesel ao diesel derivado do petróleo, a partir de 01/01/2008 a adição de 2 % passou a ser obrigatória e 5 % opcional, em que essa última se tornará obrigatória em 13/02/2013 (BRASIL, 2005). As características químicas e físico-químicas do biodiesel se assemelham muito com as do diesel derivado do petróleo e em virtude disso é possível utilizar uma mistura com maior porcentagem de biodiesel ou o próprio biodiesel puro (B100) nos motores de ciclo diesel. Em alguns países como França e EUA, já é possível encontrar a mistura B20 ou B30 no maquinário rural, na Itália o B25 é utilizado em transportes e na Alemanha pode-se encontrar o B100 nas bombas dos postos de combustíveis, comprovando o real potencial dos biocombustíveis (BIODIESEL, 2009). 1

2 O biodiesel é uma mistura de ésteres obtidos pela reação de óleos vegetais ou gorduras animal com álcool, preferencialmente metanol ou etanol, que deve atender à especificação estabelecida pela Resolução n 07/2008, da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). No Brasil, as principais fontes de biodiesel são destacadamente as oleaginosas de soja, palma, mamona e girassol. A palma é abundante na região Nordeste (dendê) e Norte (inajá), as suas amêndoas são potencialmente ricas em óleos, matéria-prima para a produção de biocombustível (MOTA, 2006). O biodiesel pode ser obtido por diferentes métodos como a esterificação, emulsificação, transesterificação entre outros, contudo a transesterificação é o mais empregado por ser economicamente viável, tanto em relação aos processos necessários para a reação quanto ao custo dos reagentes (KNOTHE et al., 2005). O processo convencional de obtenção do biodiesel por transesterificação utiliza como catalisador hidróxido de sódio (NaOH), contudo este é um catalisador homogêneo e a catálise homogênea apresenta algumas desvantagens que fazem o custo do processo aumentar, como difícil separação dos produtos, necessidade de purificação e não reutilização do catalisador. Para superar essas dificuldades a catálise heterogênea surge como uma opção segura por apresentar facilidade de separação do catalisador dos produtos, não ser necessária as etapas de purificação e o fato de poder reutilizar o catalisador em uma nova reação (REZENDE et al., 2004). Há várias opções de catalisadores heterogêneos para produção de biodiesel, tais como, óxidos, carbonatos, enzimas, zeólitas entre outros. As zeólitas são usadas como catalisadores desde 1960 devido as suas propriedades como alta seletividade, capacidade de troca iônica, sítios fortemente ácidos, adsorventes entre outros. Possuem estruturas cristalinas porosas com o tamanho do poro definido, isso as torna catalisadores extremamente seletivos para a produção e obtenção de biodiesel (MIGNONI, 2006). Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar o processo de transesterificação das amostras de óleos de soja, dendê e inajá catalisador básico (utilizando NaOH) para a produção de biodiesel. As informações obtidas serão futuramente comparadas com o processo de transesterificação mediante a presença de catalisador zeolítico do tipo A. 2

3 2. Materiais e Métodos 2.1. Amostras Para os objetivos propostos foram empregados três amostras de óleos, sendo: (i) Soja 2 L de óleos foram obtidos comercialmente em supermercado; (ii) Dendê cerca de 2 L de óleo foram doados pelo Laboratório de Dendê e Agroenergia da EMBRAPA AM (km 29 da rodovia Am-010), responsável Ricardo Lopes (iii) Inajá cerca de 20 kg do fruto foram coletados, nas proximidades do município de Mucajaí, no estado de Roraima, secos ao ambiente e despolpados manualmente. As amêndoas foram prensadas mecanicamente em um equipamento da Scott Tech, modelo ERT Análises químicas e físico-químicas Preliminarmente, foram feitas as seguintes análises: (i) química: índice de acidez (IA) e índice de saponificação (IS); (ii) físico-química: aspecto (visual), massa específica (ρ) e viscosidade cinemática (ν). Os procedimentos das análises foram adotados conforme descritos por ESTEVES e colaboradores (1995). 2.3 Transesterificação Para a transesterificação utilizou-se o catalisador homogêneo NaOH, tomando-se a proporção molar óleo:álcool (1:6) e 1 % (m/m) do catalisador em relação ao óleo. A reação ocorreu em sistema de refluxo sob agitação magnética a 300 rpm, com temperatura reacional entre ºC por 4 h. Em seguida, deixou-se a mistura em repouso em funil de decantação por 24 h, a fase inferior contendo glicerol e outros produtos foi descartada. A fração resultante foi purificada com 50 ml de solução H 2 SO 4 5 % e para a remoção residual de água foram adicionados 10 g de sulfato de sódio anidro (Na 2 SO 4 ), seguido de filtração. 3

4 3. Resultados e Discussão A Tabela 1 mostra os resultados das análises químicas e físico-químicas dos óleos e seus respectivos biodieseis. Tabela 1. Resultados das análises químicas e físico-químicas dos óleos e seus respectivos biodieseis e rendimento. Análise Química A P (Limite) Soja Dendê Inajá IA/(mg KOH/g) IS/(mg KOH/g) 1-0, ,71 2,49 2 0,50 0,0641 1,0249 1, ,51 243, Físico-Química Aspecto Viscosidade Cinemática (mm 2 /s) Massa Específica (kg/m 3 ) 1 - LII turvo turvo 2 LII LII LII turvo 1-29,74 2 3,0-6,0 4, ,0 943, ,6 Rendimento (% massa) Legenda; 1 = óleo in natura; 2 biodiesel (ésteres metílicos); LII Límpido e isento de impurezas com anotação da temperatura de ensaio Como esperado as características químicas e físico-químicas dos biodieseis diferiram dos seus respectivos óleos in natura. A massa específica e o IA do biodiesel de soja estão de acordo com as especificações estabelecida pela ANP, contudo o IA dos biodieseis de dendê e inajá estão fora do padrão. O óleo de dendê que possuía inicialmente um IA de 10,71 mg KOH/g teve uma queda significativa para 1,0249 mg KOH/g ainda fora do padrão da ANP, isso pode ter sido causado pela alta acidez do óleo in natura que é propicio a realização da transesterificação por rota ácida e não pela rota básica como foi empregado neste trabalho. O biodiesel de inajá apresentou um IA de 1,0269 mg KOH/g tambem fora de padrão, o óleo in natura apesar de não apresentar uma acidez elevada (cerca de 2,49 mg KOH/g) tem uma turbidez acentuada indicando 4

5 uma alta concentração de ácidos graxos livres e/ou alto teor de água, esses fatores contribuem para a competição de reações paralelas como saponificação e esterificação o que altera a qualidade do biodiesel obtido. O rendimento do processo foi insatisfatório ficando abaixo do que se esperava. Após a reação de transesterificação o volume da fase leve foi de 93mL para o dendê e 95mL para soja e inajá, logo pode-se inferir que a perda de rendimento do processo está nas etapas de lavagem e secagem para a retirada do catalisador homogêneo. 4. Conclusão O rendimento do processo de obtenção do biodiesel por transesterificação homogênea básica não se deu de forma satisfatória, pela diferença de volume do produto, obtido após a reação de transesterificação e após as etapas de lavagem e secagem, pode-se inferir que a perda de rendimento é causada por essas etapas que são necessárias na catálise homogênea. Os parâmetros físico-químicos como: viscosidade cinemática, massa especifica e aspecto estão dentro das especificações estabelecida pela ANP, já o parâmetro químico índice de acidez não está no padrão nos biodieseis de dendê e inajá, fator esse, pode ter sido causado pela alta acidez do óleo in natura ou pelo alto teor de ácidos graxos livres e/ou teor de água. Com base nos resultados já obtidos neste trabalho através da catálise homogênea podese esperar melhores resultados no que diz respeito a rendimento e qualidade do biodiesel utilizando a catálise heterogênea utilizando zeólita (tipo A). 5 - Referências Bibliográficas BIODIESEL, Site Acessado: 02/01/09 BRASIL. Lei n.º , de 13 de janeiro de 2005, Dispõe da introdução do biodiesel na matriz energética brasileira. Presidência da República, Casa Civil, Subchefia para Assuntos Jurídicos, Brasília, DF, ESTEVES, W; LIRENY, A. G. G; ARELLANO, D. B,. Metodologia padrão alemã para a análise de gorduras e outros lipídeos. p. 91. Campinas RJ;

6 KNOTHE, G; KRAHL, J; GERPEN, J. V; RAMOS, L, P. Manual de biodiesel, p.352 LIMA, J. R. O; SILVA, R. B; SILVA, C. C. M; SANTOS, L. S. S, et al. Biodiesel de babaçu (Orbignya sp.) obtido por via etanólica. Química Nova v.30 n.3. São Paulo SP LIMA, J. S. V; COUCEIRO, P. R. C, Zeólitas sintetizadas a partir de amostras de caulinita de solos amazônicos. XVII Congresso de Iniciação Científica da UFAM, MIGNONI, M. L; DETONI, C; PERGHER, S. B. C.; Estudo de síntese de zeólita ZSM-5 a partir de argilas naturais. Química Nova, v. 30, n 1, p , MONTEIRO, K. F. G; SILVA, A. R. F; SOUZA, C. T. CONCEIÇÃO, E. R. O cultivo do dendê como alternativa de produção para a agricultura familiar e sua inserção na cadeia do biodiesel no estado do Pará. Anais do Congresso, Biodiesel: o novo combustível do Brasil, v. único, p , Disponível em MOTA, R. V. e FRANÇA, L. F. Estudo das Características da Ucuuba (Virola Surinamensis) e do Inajá (Maximiliana Regia) com Vistas à Produção de Biodiesel. Revista Científica da UFPA; Ano 07, Vol 06, n REZENDE, M. J. C; FARIA, R. C. M; OLIVEIRA, C. H. O; PINTO, A, C. Avaliação de catalisador a base de argila na produção de biodiesel, Anais do 3º Congresso brasileiro de petróleo e gás realizado no período de 2 a 5 de outubro de 2005, em Salvador BA. 6