Uma nova forma de olhar a fabricação do biodiesel

“Há muitas coisas que não sabemos sobre o processo de fabricação de biodiesel.” Esse não é o tipo de comentário que se espera de um dos mais competentes e bem informados pesquisadores da indústria de biodiesel, Jon Van Gerpen, da Universidade de Idaho. Mas segundo o professor, que proferiu a palestra de encerramento da Collective Biofuels Conference (realizada na Califórnia entre os dias 17 e 19 de agosto), a produção de biodiesel é um “processo enganosamente simples”.

Van Gerpen disse que a indústria pode aprender se recuar um passo e olhar para o processo de produção de uma forma nova, microscópica, e levantou questões que deveriam ter sido feitas quando o biodiesel ainda estava engatinhando. Entre elas, as seguintes: “O que interfere na reação e por quê?” e “É possível guiar a reação de alguma forma?”.

Há limites para a solubilidade do metanol em óleos. Ele fica mais solúvel a temperaturas mais altas. A maioria dos processos é realizada a 60-65ºC, e a solubilidade do metanol é de cerca de 10%, mas para facilitar a reação é usado metanol em excesso (a solubilidade é dobrada, para 20%). “Quando se fala de solubilidade, está se falando de polaridade”, afirmou, acrescentando que, quando misturamos óleo, metanol e catalisador durante um minuto e depois os separamos de novo, todo o catalisador fica com o metanol.

Quando se olha para as gotículas que restam do metanol em excesso, elas contêm apenas 1% de óleo dentro delas. “A reação só ocorre na superfície dessas gotículas”, explicou Van Gerpen. “O processo de difusão move o óleo para a zona de reação e depois afasta os metil-ésteres.” Convencionalmente, o processo de transesterificação do biodiesel é visto como uma reação limitada pela transferência de massa, mas pode ser que seja limitada quimicamente. “Não sabemos qual é o caso”, afirmou. “Há um equilíbrio entre a importância relativa da difusão e da reação.”

Van Gerpen disse estar trabalhando no desenvolvimento de equações matemáticas para abordar essa questão. “Nós podemos fazer difusão, mas falta descobrirmos qual a taxa de reação química nas gotículas.”

A indústria realizou alguns cálculos para lidar com disso, mas até agora apenas para reagentes específicos, e tais cálculos dependem de conjuntos específicos de parâmetros de mistura. Há também problemas com as taxas de reação química em escala aumentada. 

Van Gerpen citou David Boocock, da Universidade de Toronto, que desenvolveu o processo de cossolvente usado pela Biox Corporation. O uso de um cossolvente reduz a reação de duas para apenas uma etapa. Quando se usa um cossolvente, o limite de transferência de massa deixa de existir, de forma que “as taxas medidas devem ser a verdadeira taxa de reação química”.

“Uma importante conclusão é que não podemos mais dizer que o processo do biodiesel é uma reação limitada pela transferência de massa”, disse Van Gerpen. Segundo ele, os dados para a solubilidade de monoglicerídeos e diglicerídeos em metanol e óleo não são bons.

Ademais, há uma força muito poderosa atuando em níveis microscópicos, conhecida como tensão superficial (ou tensão interfacial entre materiais líquidos), durante a transesterificação. É por isso que as gotas são redondas. Assim, para obter reações melhores, muitos recorrem a equipamentos com alto poder de cisalhamento durante o processo, para torcer as gotas e facilitar a reação.

Há ainda os efeitos do surfactante. Surfactantes são moléculas com uma extremidade polar e outra não polar. O sabão é um exemplo, e é por isso que misturado à água ele ajuda a remover a oleosidade da mão quando a lavamos. 

Segundo Van Gerpen, há interesse também nos efeitos da estequiometria em monoglicerídeos. Com recursos de modelagem, é possível descobrir onde estão os mono e diglicerídeos nas gotículas. Além disso, eles podem nos ajudar a compreender de que forma as gotículas de metanol encolhem ao longo da reação, e como as gotículas de glicerina se comportam nos metil-ésteres. “Será que podemos otimizar o tempo de agitação e do processo de assentamento em prol de um processo geral mais rápido?”

Ao fim da palestra, Van Gerpen disse que o propósito da sua apresentação foi fazer com que as pessoas pensem mais nos fundamentos do processo de produção do biodiesel. “Este conhecimento deve ajudar a criar um processo melhor, mas como isso vai acontecer eu ainda não tenho certeza.”

Ron Kotrba
Fonte: Biodiesel Magazine
Traduçao e adaptação BiodieselBR.com