PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE MISTURAS DE ÓLEO DE MAMONA E ÓLEO DE BABAÇU COM METANOL VIA CATÁLISE ALCALINA 1 Luana Souza Macêdo, 2 Josenildes Gomes Silva, 3 Silvio A. B. Vieira Melo, 3 Ednildo A. Torres 1 Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/ UFBA, discente do curso de Engenharia Química 2 Mestranda, Laboratório de Energia e Gás, Escola Politécnica, UFBA 3 Professor, Programa de Engenharia Industrial, Escola Politécnica, UFBA 1,2,3 Rua Professor Aristides Novis, nº 2-3º Andar Federação, Salvador, BA, Brasil, CEP: 40210-630 e-mail: josenildes.gomes@yahoo.com.br RESUMO - O biodiesel é um combustível renovável, que pode ser produzido principalmente por uma reação de transesterificação utilizando óleos vegetais e álcoois de cadeias curtas na presença de um catalisador. O óleo de mamona tem boa disponibilidade no Nordeste brasileiro, mas devido a sua alta viscosidade, o biodiesel que deste provém também possui essa característica indesejável, fora dos padrões estabelecidos. Uma alternativa é a produção de biodiesel a partir de misturas de óleos. Nesse trabalho, biodiesel foi produzido a partir de misturas de óleos de mamona e de babaçu em diferentes proporções mássicas. Os resultados mostram que as viscosidades dos biocombustíveis produzidos a partir das misturas dos óleos são consideravelmente mais baixas do que as do biodiesel gerado somente pelo óleo de mamona. O melhor resultado foi obtido para os óleos de mamona e babaçu misturados numa proporção mássica de 30/70 com 22% de metanol, resultando numa viscosidade de 5,61 mm²/s. Palavras-Chave: Biodiesel, mistura de óleos, óleo de mamona INTRODUÇÃO Biodiesel é um combustível renovável que tem se tornado uma alternativa interessante para os motores a diesel, pois sua queima libera menos CO x e SO x, o que o torna mais vantajoso ambientalmente. (Conceição et al., 2005; Oliveira et al., 2006; Ma H et al.,1999). Esse combustível verde é produzido principalmente pela reação de transesterificação de óleos vegetais com alcoóis de cadeia curta, na presença de um catalisador. (Kulkarni et al., 2003). O método convencional envolve a utilização de catalisadores básicos, mas o biodiesel ainda pode ser produzido na presença de catalisadores ácidos, via catálise homogênea ou catálise heterogênea. O óleo de mamona não é muito utilizado no Brasil para produção de biodiesel, em parte devido ao seu alto custo. Porém, a mamona se adapta bem ao clima semi-árido, tendo alta disponibilidade no Nordeste brasileiro. (Ndiaye et al, 2006) Além disso, os agricultores têm domínio sobre sua produção e o governo brasileiro incentivou o cultivo da mamona visando à inclusão social através da agricultura familiar. O óleo de mamona possui cerca de 90% em massa de ácido ricinoleico, extraído da semente da mesma, e apresenta características peculiares como alta viscosidade e polaridade. (Silva et al., 2006, Ogunniyi, 2006, Conceição et al., 2007). Como o biodiesel possui características provenientes do óleo utilizado em sua produção, o biodiesel gerado a partir do óleo de mamona possui viscosidade elevada, o que o deixa fora das especificações segundo a Resolução nº 7 da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) de 19 de Março de 2008. Uma alternativa é produzir biodiesel a partir de uma mistura do óleo de mamona com outro óleo de baixa viscosidade, para que o biodiesel apresente viscosidade dentro das especificações. Ainda existem poucos estudos sobre a produção de biodiesel a partir de misturas de óleos, porém a idéia é bastante promissora. O óleo de babaçu, que possui entre 40 e 50% em massa de ácido láurico em sua composição, é um exemplo de óleo que possui baixa viscosidade. Seu uso para produção de biodiesel no Brasil traz benefícios econômicos, sociais e ambientais, considerando uma exploração sustentável, para as regiões Norte e Nordeste do país, onde há maior cultivo da planta que origina o óleo. (Costa et al., 2004) Neste trabalho, o óleo de mamona foi misturado ao óleo de babaçu em diferentes proporções mássicas para produzir biodiesel com características mais adequadas para ser utilizado como combustível. METODOLOGIA
Primeiramente foram feitos alguns testes como índice de acidez, viscosidade e densidade com os óleos de mamona e babaçu separadamente. As reações de transesterificação foram realizadas em béqueres de 500 ml com agitadores magnéticos. A mistura reacional contendo metanol, catalisador (KOH) e os óleos vegetais (mamona e babaçu), com relações mássicas de álcool/óleo/catalisador (% m/m) de 22/100/1, 20/100/1 e 18/100/1, ocorreu à temperatura ambiente (25,5ºC) por 1 hora. Posteriormente, a mistura foi colocada em um funil de separação, a glicerina foi separada por gravidade e o material remanescente lavado com ácido fosfórico diluído e cerca de quatro vezes com água, sendo a parte inferior descartada após cada lavagem. Essas reações de transesterificação foram realizadas com base no planejamento de experimentos da Tabela 01: Tabela 01: Planejamento de experimentos 2² Ensaio R(Mam/Bab) (g/g) Metanol (% m/m) 1 30/70 18 2 30/70 22 3 70/30 18 4 70/30 22 *PC 50/50 20 PC 50/50 20 * Ponto central A viscosidade do biodiesel foi determinada no Viscosímetro Schott a 40 o C e a densidade determinada pelo densímetro Anton Paar DMA 35 N. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados das análises da viscosidade e densidade para os óleos de mamona e babaçu são mostrados nas Figuras 1 e 2, respectivamente. A partir dos resultados mostrados, observase que o óleo de babaçu apresenta densidade de 900 Kg/m³, enquanto o óleo de mamona possui densidade de 960 Kg/m³, além de apresentar viscosidade muito menor (34 mm²/s) quando comparado ao óleo de mamona (284 mm²/s). Isso mostra que estes óleos podem ser misturados com o objetivo de produzir biodiesel com menor viscosidade, dentro da norma da ANP vigente. Figura 1 Viscosidade dos óleos de mamona e babaçu Figura 2 Densidade dos óleos de mamona e babaçu A Tabela 2 mostra os resultados da análise de viscosidade da mistura dos óleos de mamona e babaçu: Tabela 02: Viscosidade das misturas de óleos Razão mássica (óleo de mamona/óleo de babaçu) Viscosidade (mm 2 /s) 30/70 57,3 50/50 86,8 70/30 137,5 Os resultados das análises do biodiesel produzido pela mistura dos óleos de mamona e babaçu em diferentes proporções mássicas são mostrados nas Figuras 4, 5 e na Tabela 3.
Figura 3 Densidade do biodiesel: Relação mamona/babaçu (g/g) e porcentagem de álcool (g/g) Figura 4 Viscosidade do biodiesel: Relação mamona/babaçu (g/g) e porcentagem de álcool (g/g) Tabela 03: Resultados para análise do biodiesel Relação mássica mamona/babaçu Porcentagem de metanol (% m/m) Densidade a 20 C (Kg/m³) Viscosidade a 40 C (mm²/s) 30/70 18 899,4 6,48 30/70 22 894,4 5,61 50/50 20 905,5 8,23 50/50 20 906,3 7,95 70/30 18 915,8 10,88 70/30 22 911,7 9,15 Em relação à densidade pode-se verificar que quanto maior a quantidade de óleo de babaçu na mistura menor a densidade do biodiesel produzido. Esse resultado pode ser explicado pelo fato do óleo de babaçu possuir uma densidade inferior ao da mamona. A Tabela 4 apresenta os valores limites estabelecidos pela ANP para as duas propriedades avaliadas nesse trabalho. Tabela 04: Especificação do biodiesel. Portaria 7/2008 da ANP Densidade (Kg/m³) Viscosidade à 40 o C (mm²/s) 850-900 3,0-6,0 Níveis aceitáveis de densidade para o biodiesel são na faixa de 850 a 900 Kg/m³ (Tabela 4). Por isso foram obtidos resultados satisfatórios
apenas para o experimento em que a proporção mássica de óleos foi de 30 mamona/70 babaçu. A partir dos resultados apresentados na Figura 4, conclui-se que quanto maior a quantidade de óleo de mamona na mistura, maior a viscosidade do biodiesel produzido. Esse resultado era esperado já que o biodiesel apresenta características do óleo utilizado na sua produção. O óleo de mamona apresenta viscosidade muito alta, comparado com o óleo de babaçu, que possui viscosidade mais baixa. A viscosidade do biodiesel está relacionada ainda à quantidade de metil éster, o que é um indicador da conversão de óleos em ésteres. Segundo Dias et al. (2008), quanto maior a presença de triglicerídeos (menor conversão), maior a viscosidade do biodiesel. Quando são utilizadas menos quantidade de álcool, as conversões são menores, sendo observados maiores valores de viscosidade. A viscosidade também tem relação com a estrutura química do ácido graxo presente no óleo que originará o biodiesel. O babaçu tem majoritariamente em sua composição um ácido de cadeia saturada, enquanto que o óleo de mamona possui 90% de um ácido que possui uma hidroxila em sua composição. A viscosidade é influenciada pela estrutura do ácido graxo presente no óleo, através do tamanho da cadeia carbônica, grau de insaturação e ramificações da cadeia. Essas variáveis também influenciam propriedades como número cetano, calor de combustão, ponto de fusão, estabilidade oxidativa e lubricidade. (Monteiro et al.) Pode-se observar que o melhor resultado (viscosidade de 5,61 mm²/s) foi obtido quando a relação mássica de óleos foi 30 mamona/70 babaçu para uma porcentagem de álcool em relação ao óleo de 22%. Esse valor de viscosidade não é alcançado quando 18% de álcool é utilizado para a mesma proporção mássica dos óleos, devido à reversibilidade da reação de transesterificação juntamente com os altos índices de viscosidade da oleaginosa escolhida (mamona). Quanto maior a viscosidade do óleo, maior deverá ser a relação de álcool:óleo na reação para que esta se torne irreversível. A Figura 5 mostra o biodiesel produzido (fase superior) a partir da mistura dos óleos de mamona e babaçu na proporção mássica (50/50) logo depois da transesterificação, antes da glicerina (fase inferior) ser retirada do funil de decantação por gravidade. Figura 5 Biodiesel preparado a partir da mistura 1:1 óleo de mamona/óleo de babaçu CONCLUSÃO O óleo de mamona possui a característica de apresentar alta viscosidade (284 mm 2 /s) quando comparado com outros óleos vegetais (aprox. 40mm 2 /s). Já o óleo de babaçu possui índice de acidez mais alto do que o limite da norma da ANP vigente. Essas peculiaridades refletem nas propriedades do biodiesel produzido a partir destes, que também apresenta a mesma característica, deixando-o fora das especificações da ANP. Para diminuir a viscosidade e o índice de acidez, o biodiesel foi produzido a partir da mistura dos óleos de mamona e babaçu. Os resultados mostram que quanto menor a quantidade de óleo de mamona presente na mistura, menor a viscosidade do biodiesel produzido. Sendo o melhor resultado obtido quando na proporção mássica 70/30, com 22% de álcool, na presença de catalisador à temperatura ambiente, por 1 hora. Para essas condições, o biodiesel produzido apresentou uma viscosidade de 5,61 mm²/s, estando esse valor dentro das especificações da ANP. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONCEIÇÃO, M. M.; CANDEIA, R. A.; SILVA, F. C.; BEZERRA, A. F.; FERNANDES JR., V. J.; SOUZA, A. G.. 2007. Thermoanalytical characterization of castor oil biodiesel. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 11. 964-975. CONCEIÇÃO, M. M.; CANDEIA, R. A.; DANTAS, H. J.; SOLEDADE, L. E. B.; FERNANDES, V. J.; SOUZA, A. G. 2005, Energy Fuels 19, 2185-2188 COSTA, RICARDO CUNHA DA. 2004. Potential for producing bio-fuel in the Amazon deforested areas. Biomass and Bioenergy. 26. 405 15. DIAS, J. M.; ALVIM-FERRAZ, M. C. M.; ALMEIDA, M. F.. 2008. Comparison of
performance of the different homgeneous alkali catalysts during transesterification of waste and virgin oils and evaluation of biodiesel quality. 87. 3572-3578. KULKARNI, M.G.; SAWANT, S.B. EUR. J. Lipid Sci. Technol. 2003, 105, 214-218 MA H, HANNA MA. 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology. 70. 1 15. MONTEIRO, M. R; AMBROZIN, A. R. P.; LIÃO, L. M.; FERREIRA, A. G.. Critical review on analytical methods for biodiesel characterization. NDIAYE PM, FRANCESCHI E, OLIVEIRA D, DARIVA C, TAVARES FW, OLIVEIRA JV. 2006. Phase behavior of soybean oil, castor oil and their fatty acid ethyl esters in carbon dioxide at high pressures. Journal of Supercritical Fluids. 37. 29 37. OGUNNIYI DS. 2006. Castor oil: a vital industrial raw material. Bioresource Technology. 97. 1086 91. OLIVEIRA JS, MONTALVÃO R, DAHER L, SUAREZ PAZ, RUBIM JC. 2006. Determination of methyl ester contents in biodiesel blends by FTIR ATR and FTNIR spectroscopies. Talanta. 69. 1278 1284. SILVA, F. C.; BRANDÃO, K. S. R.; SOUSA, M. C.; MOUZINHO, A. M. C, (PG); MOURA, K. R. M.; SOUZA, A. G.; CONCEIÇÃO, M. M. 2006. Produção de Biodiesel a partir do óleo de babaçu utilizando misturas dos álcoois metanol-etanol. AGRADECIMENTOS Ao Laboratório de Energia e Gás - Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia, a doutoranda Carine Tondo Alves pelo apoio para o desenvolvimento deste trabalho.