RESUMO
Por apresentar teores de óleo vegetal da ordem de 40 a 54%, boas características agronômicas e ampla adaptação territorial, o girassol pode ser considerado uma matéria-prima interessante à produção de biodiesel. O elevado teor de óleo permite com que a obtenção do óleo bruto de girassol seja realizada por simples extração mecânica, com a subseqüente obtenção de uma torta de excelente valor nutricional. Assim, apesar de apresentar uma aparente inviabilidade econômica devido ao seu atual valor de mercado, o óleo bruto de girassol pode, enquanto matéria-prima, simplificar o processo de produção de biodiesel e diminuir o capital necessário para a implantação de unidades de produção em regiões mais remotas. Resultados até então obtidos em nosso laboratório têm demonstrado que é possível produzir ésteres etílicos de qualidade a partir da etanólise de óleo bruto de girassol... Como tendência geral têm-se observado que, quando as condições reacionais tendem ao emprego de razões molares etanol:óleo mais elevadas, temperaturas mais brandas e percentuais de catalisador mais próximos ao nível máximo estipulado, a separação de fases entre o éster e fase glicerínica se dá espontaneamente após a recuperação parcial do álcool, formando um produto com rendimentos em ésteres em torno de 90% que, após submetidos a várias etapas de lavagem, possibilitam a obtenção de um biodiesel com teor de ésteres em torno de 99%.Palavras-chave: Biodiesel, ésteres etílicos, transesterificação etílica, óleo bruto de girassol
Anderson Kurunczi Domingos 1, A
Karla Thomas Kucek 1, A
Helena Maria Wilhelm 2, B
Luiz Pereira Ramos 1, B
1 Centro de Pesquisa em Química Aplicada (CEPESQ), Departamento de Química, Universidade
Federal do Paraná – UFPR – C.P. 19081, Curitiba, PR, 81531-990, Fone (41) 361-3175
2 Departamento de Química Aplicada, Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento
(LACTEC), Curitiba, PR, 81531-990, Fone (41) 361-6191
A Bacharel em química e mestrando(a) em química orgânica na UFPR (andersonkurunczi@hotmail.com e k_kucek@hotmail.com )
B Ph.D., professor e/ou pesquisador (helenaw@lactec.org.br e lramos@quimica.ufpr.br)
INTRODUÇÃO
O biodiesel é um combustível alternativo ao diesel de petróleo que pode ser produzido a partir de fontes renováveis tais como óleos vegetais e gorduras animais. Quimicamente, é definido como ésteres monoalquílicos de ácidos graxos que podem ser obtidos através da transesterificação de matérias graxas com álcoois de cadeia curta, como o metanol ou o etanol, na presença de um catalisador ácido ou básico1.Os procedimentos industriais mais comumente empregados para produção de biodiesel fazem uso da catálise alcalina e são, em geral, muito parecidos, diferindo apenas no tipo de matéria-prima e nas condições reacionais empregadas. O esquema abaixo (Figura 1) expõe um resumo deste procedimento, considerado clássico, onde o óleo vegetal, após um tratamento prévio (filtração, neutralização e secagem), é enviado a um reator onde, na presença de uma solução de hidróxido de sódio ou potássio em (m)etanol, é transesterificado com a subseqüente produção de ésteres (m)etílicos e co-produtos. Submetendo-se estes ésteres a operações seqüenciais de decantação, lavagem e secagem, pode-se chegar ao biodiesel.
Figura 1: Fluxograma de processo para produção de biodiesel
Atualmente, para o atendimento de uma eventual demanda nacional por óleos vegetais no setor de combustíveis alternativos, o óleo de soja é a opção mais lógica e imediata, pois já existe uma infra-estrutura instalada para a sua produção nos volumes exigidos à implementação de programas que visem à inserção do biodiesel na matriz energética nacional. No entanto, novas fontes de óleos vegetais devem ser avaliadas quanto aos seus respectivos potenciais para produção deste biocombustível. Neste contexto, o óleo bruto de girassol pode ser considerado uma matéria-prima interessante, porque apresenta boas características agronômicas, grande adaptabilidade e altos teores de óleo vegetal, da ordem de 40 a 54%. Este último fator permite com que a extração deste óleo seja realizada por uma simples extração mecânica, com a subseqüente obtenção de uma torta de excelente valor nutricional. Assim, apesar de apresentar uma aparente inviabilidade econômica devido ao seu valor de mercado, o óleo bruto de girassol pode, enquanto matéria-prima, simplificar o processo de produção de biodiesel e diminuir o capital necessário para a implantação de unidades de produção em agrovilas e assentamentos localizados em regiões mais remotas.
Ao contrário dos países da Europa e da América do Norte, onde há grande disponibilidade de metanol de origem petro-química, o Brasil apresenta uma forte tendência ao emprego do etanol como agente de transesterificação, pois o seu uso, além de proporcionar um incentivo à cadeia produtiva da cana-de-açúcar, torna o biodiesel um produto de natureza verdadeiramente renovável2.
MATERIAIS E MÉTODOS
O óleo bruto de girassol foi obtido por prensagem mecânica a frio, seguida de filtração em filtro prensa, na unidade de produção de biodiesel da WJC Armazéns Gerais Ltda, situada em Chapadão do Céu – GO. O etanol anidro foi adquirido diretamente no mercado local, e o hidróxido de sódio comercial, em escamas, isento de umidade e com teores de carbonato da ordem de 0,10 a 0,60%, foi empregado na realização dos testes sem qualquer tratamento adicional.Variáveis do sistema, como a razão molar (RM) etanol:óleo, a concentração de NaOH ([NaOH]) e a temperatura, foram testadas segundo um planejamento fatorial do tipo 23. Neste planejamento, foram estipulados como níveis máximos e mínimos as RM de 12:1 e 6:1, [NaOH] de 0,4 e 1,2% em relação ao óleo e temperaturas de 40 e 70oC. A melhor condição reacional foi definida como aquela em que o melhor rendimento em ésteres foi obtido. O teor de ésteres em amostras de biodiesel foi determinado por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) em um equipamento Shimadzu, modelo LC10AD, provido de amostrador automático SIL10A e detector de índice de refração RID10A, mantido a 40°C. O método cromatográfico foi de fase reversa quimicamente ligada e a quantificação dos ésteres foi realizada por calibração externa contra padrões verdadeiros.
A análise de umidade do óleo foi realizada em balança com sistema de aquecimento por radiação no infra-vermelho, e as análises dos teores de sabões e de ácidos graxos livres foram realizadas segundo as metodologias AOCS Cc17-5 e Ca5a-40, respectivamente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O óleo bruto de girassol, obtido na unidade de produção de biodiesel da WJC, apresentou uma acidez de 1,2% (p/p) e umidade de 0,2% (p/p). Este óleo foi então submetido ao planejamento fatorial descrito na seção 2, assumindo como variável qualitativa a separação de fases entre o éster e a glicerina e, como variável quantitativa as análises por cromatografia líquida de alta eficiência, descritas anteriormente.Os resultados até então obtidos têm demonstrado que é possível produzir ésteres etílicos de boa qualidade a partir da etanólise de óleo bruto de girassol. Como tendência geral têm-se observado que, quando as condições reacionais tendem ao emprego de razões molares etanol:óleo mais elevadas, temperaturas mais brandas e percentuais de catalisador mais próximos ao nível máximo estipulado, a separação de fases entre o éster e fase glicerínica se dá espontaneamente após a recuperação parcial do álcool, formando um produto com teores de sabões da ordem de 0,4% e com rendimentos em ésteres em torno de 90%. Embora ainda não tenha sido realizada nenhuma expansão do planejamento fatorial, rendimentos próximos a 100% não são esperados, porque (a) reações reversíveis não permitem a obtenção de tais rendimentos em uma única etapa reacional e, (b) em alcoólises conduzidas em meio alcalino, o uso de matérias graxas com acidez superior a 1%, acarreta em perdas devidas à reações de saponificação.
Lavagens seqüenciais foram sempre realizadas com o intuito de se remover sabões e demais contaminantes presentes nos ésteres etílicos. Por se tratarem de extrações liquido-liquido, várias etapas de lavagem foram empregadas para que uma boa eficiência fosse alcançada neste processo.
Partindo-se de um óleo bruto com 1,2% (p/p) de ácidos graxos livres, a condição reacional que possibilitou a obtenção de ésteres etílicos em maior rendimento foi atingida com o emprego de RM de 12:1, [NaOH] de 1,0% (p/p) e temperatura de 40°C. A análise cromatográfica do produto, obtido a partir deste procedimento, evidenciou um teor de ésteres em torno de 99% (Figura 1). No entanto, é importante observar que o elevado percentual de NaOH exigido na reação foi parcialmente necessário para a neutralizar o óleo. Assim, conclui-se que a transesterificação de óleos brutos pode ser melhorada através de uma etapa prévia de neutralização, incluindo a lavagem e secagem do óleo neutro.
Figura 2: Cromatograma dos ésteres etílicos obtidos a partir de óleo bruto de girassol.
. CONCLUSÃO
A obtenção de ésteres etílicos de boa qualidade a partir do óleo bruto de girassol classifica este óleo como uma excelente matéria-prima à produção de biodiesel em unidades descentralizadas de pequeno porte. Como vantagens, destaca-se a não necessidade de grandes investimentos em estruturas para extração e purificação de óleo, a obtenção de sub-produtos de fácil comercialização (e.g., torta), boas condições agronômicas e a ampla adaptação territorial desta oleaginosa. A busca por fontes oleaginosas alternativas com tais características certamente propiciará um melhor aproveitamento de nossas potencialidades regionais, além de contribuir como um novo fator de viabilidade técnico-econômica aos programas que visem a implementação do biodiesel na matriz energética nacional.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1) Ramos, L. P.; Zagonel,G. F. Revista de Química Industrial, v.717, p.17, 2001.2) Ramos, L. P.; Domingos, A. K.; Kucek, K. T.; Wilhelm, H. M. Biotecnologia: Ciência e Desenvolvimento, v.31, p. 27, 2003. Disponível em <http://www.biotecnologia.com.br>.