Novas tecnologias para a produção de biodiesel

Diversas tecnologias estão sendo desenvolvidas para aumentar a produtividade das usinas de biodiesel, mas as perspectivas para usufruí-las ainda são distantes

Diversas tecnologias estão sendo desenvolvidas para aumentar a produtividade das usinas de biodiesel, mas as perspectivas para usufruí-las ainda são distantes

Cátia Franco, de São Paulo

Jon Van Gerpen, pesquisador da Universidade de Idaho que é considerado um verdadeiro papa dentro da comunidade do biodiesel, classificou a transesterificação como um “processo enganosamente simples”. A frase sintetiza a mensagem central da palestra que o americano apresentou durante a Collective Biofuels Conference no ano passado: a de que o conhecimento sobre a química da fabricação do biodiesel ainda é bastante limitado e, portanto, há um espaço considerável para o aprimoramento dos processos produtivos utilizados pela indústria. “Este conhecimento [sobre a transesterificação] deve ajudar a criar um processo melhor, mas como isso vai acontecer ainda não tenho certeza”, disse o pesquisador na ocasião.

E é para esses “comos” que muitos pesquisadores têm direcionado seus esforços. Recentemente a BiodieselBR foi atrás dos autores de alguns projetos promissores e inovadores cujo foco é o aperfeiçoamento do processo de produção de biodiesel. Descobriu um cardápio variado de novas técnicas e tecnologias – algumas até bastante inusitadas.

Várias delas poderiam representar uma verdadeira revolução na forma como as usinas de biodiesel operam, com boas chances de aumentar os lucros ao mesmo tempo em que reduzem os preços do produto final. Contudo, boa parte ou não atingiu maturidade comercial ou ainda pena para atrair o interesse – e os investimentos – da indústria.

Boas promessas

Um bom número de pesquisadores tem se interessado em avançar nos estudos sobre o impacto do ultrassom e das micro-ondas na velocidade das reações envolvidas nos processos transesterificação e esterificação, principais rotas usadas na fabricação de biodiesel. E com razão. Afinal, os resultados colhidos em trabalhos já realizados são significativos.

Por exemplo: usando micro- -ondas, a equipe do Laboratório de Micro-ondas do Instituto Mauá de Tecnologia (IMT) conseguiu cortar pela metade o tempo de reação verificado em relação ao método convencional (aquecimento elétrico). Não bastasse isso, eles também melhoraram o rendimento do processo. Enquanto no processo tradicional o rendimento ficou entre 57,3% e 61,4%, usando o aquecimento por micro-ondas a média superou os 99%. A iniciativa foi uma das agraciadas com o Prêmio CRQ-IV distribuído este ano pelo Conselho Regional de Química.

Um estudo com proposta similar ao do pessoal da IMT já tinha sido executado pelo professor André Luis Dantas Ramos, do Núcleo de Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Sergipe (UFS), entre 2007 e 2009, quando Ramos ainda atuava na Universidade Tiradentes (Unit).

Ao utilizar as micro-ondas nas reações de transesterificação de óleos vegetais e esterificação de ácidos graxos, o professor da UFSE obteve um aquecimento muito mais rápido e homogêneo. “Foram necessários menos de cinco minutos para se chegar à temperatura necessária para provocar a reação”, conta. Pelo método de aquecimento convencional, o professor e sua equipe levaram quase uma hora para atingir o mesmo resultado.

Resultados parecidos também foram obtidos por pesquisadores da Universidade Estadual de Iowa (EUA) ao utilizar ondas sonoras de alta frequência para elevar a velocidade do processo de transesterificação. Aplicando ultrassom, eles conseguiram transformar o óleo de soja em biodiesel em menos de um minuto.

Segundo os pesquisadores, em menos de um ano os ganhos de produtividade pagariam o investimento necessário para implementação do sistema.

Todas as anteriores

Pesquisadores do Laboratório de Pesquisa em Química de Produtos Naturais da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT) vêm realizando experimentos com as micro-ondas e o ultrassom, tanto com a aplicação isolada desses recursos quanto de forma simultânea no reator, onde ocorre a transformação de óleos ou gorduras em biodiesel.

Segundo o coordenador do laboratório, professor Luiz Dall’Oglio, os estudos comparativos entre as duas formas de indução estão sendo feitos com o intuito de se obter uma avaliação mais con-creta. Entretanto, ele acredita que a conjunção das duas fontes de indução possa ser muito promissora, em virtude dos resultados apresentados. “A incorporação do ultrassom visa a solucionar problemas identificados no uso das micro-ondas, tornando a tecnologia melhor”, diz Dall’Oglio.

Desde 1995 dedicado a estudos com o biodiesel, o professor José Vladimir de Oliveira chefia um projeto da Transfertech – empresa que atua desenvolvendo inovações tecnológicas para o setor industrial – destinado a usar o ultrassom para estimular as reações. Dependendo do óleo e do catalisador usados, com a aplicação do ultrassom é possível realizar a conversão do óleo em biodiesel em uma hora, enquanto normalmente o processo leva entre quatro e cinco horas.

Essa não é a única coisa inovadora no projeto da Transfertech. Ele também prevê a realização das reações mediante catálise enzimática, que, de acordo com o pesquisador- -chefe da empresa, ajuda a esverdear o processo ao reduzir a quantidade de efluentes gerados. Isso permitiria dispensar tratamentos muitos intensos para purificar o biodiesel. “Já tem mais de dez anos que estamos desenvolvendo processos com enzimas”, informa Oliveira. Além disso, essa opção também agrega valor ao negócio. “Por não ter metais como catalisadores básicos, a glicerina resultante desse processo tem alto grau de pureza. O valor da glicerina chega a ultrapassar o do biodiesel”, expõe Oliveira.

Ovo de ouro

O desenvolvimento de catalisadores mais eficientes também foi a meta dos Pesquisadores do Laboratório de Ensaios de Combustíveis do Departamento de Química do Instituto de Ciências Exatas (Icex), vinculado à Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Eles descobriram que uma substância extraída de cascas de ovos, o gliceróxido de cálcio, pode ser um ótimo substituto para os catalisadores usados hoje em dia pela indústria. De quebra, ele permite o aproveitamento de um resíduo abundante em vários segmentos da indústria de alimentação.

Os produtos da atual geração são chamados de catalisadores homogêneos e são produtos que se dissolvem durante o processo de transesterificação, dificultando sua separação do biodiesel acabado ao final do processo. Já o gliceróxido de cálcio é um catalisador heterogêneo, ou seja, não se dissolve, o que permite filtrá-lo de forma fácil e barata. Além disso, o catalisador descoberto pelos pesquisadores da UFMG mantém sua estabilidade, o que permite que seja reutilizado várias vezes sem perda de atividade.

Não bastasse isso tudo, o gliceróxido de cálcio ainda funciona bem no processamento de óleos de alta acidez, como o extraído da macaúba, que geralmente são rejeitados pelos produtores de biodiesel e, portanto, mais baratos.

Segundo a professora Vânya Pasa, que participou do estudo da UFMG, trata-se de uma tecnologia de baixo custo, fácil aplicação, eficiente e, principalmente, ambientalmente correta. Além disso, a substância é ativa tanto na etapa de esterificação quanto de transesterificação, o que permite que ambas as reações sejam feitas num único estágio. Dessa forma, as usinas poderiam simplificar seus processos de produção.

Lado bom

Em 2009, o professor de engenharia mecânica Sérgio Lopes defendeu na Faculdade de Engenharia Industrial (FEI) uma tese de mestrado na qual se empenhou em provar que era possível dar uma destinação positiva a algo que, por muito tempo, foi visto somente como um problema. “A cavitação provoca a destruição de bombas. Mas verificamos que poderia ser utilizada com viés útil”, conta.

O processo não é dos mais simples de compreender em termos leigos, mas, segundo o professor, a cavitação hidrodinâmica é um fenômeno que acontece em situações onde um fluído sob baixa pressão passa repentinamente para um ambiente de alta pressão.

Quando a pressão de um líquido cai muito, ele pode começar avirar vapor, mesmo que esteja em baixa temperatura, o que ocasiona a formação de bolhas. Então, quando esse mesmo líquido passa para um ambiente com pressão maior – situação comum nos rotores das bombas hidráulicas –, essas bolhas de vapor podem implodir, gerando ondas de choque tão intensas que desgastam as paredes dos equipamentos. “Este é o lado ruim da cavitação”, aponta Lopes. “Entretanto, pode-se usar essa liberação de energia para facilitar e intensificar a mistura de óleo mineral e álcool para a fabricação de biodiesel.”

Para provocar a cavitação nos experimentos que realizou, o engenheiro inseriu placas com pequenos orifícios na tubulação de sucção da bomba. Ao passar por esses buraquinhos, o fluido ganha velocidade e perde pressão. “Entretanto, após essa passagem, a velocidade cai e a pressão aumenta, provocando a condensação das bolhas de vapor de forma muito intensa. Essa energia liberada ajuda na mistura do óleo com o álcool, acelerando a produção do biodiesel”, expõe Lopes.

Nos testes comparativos que realizou, o professor verificou que o porcentual máximo de conversão de biodiesel, tanto para a agitação mecânica como para a cavitação hidrodinâmica, foi atingido em apenas dez minutos. Só que no caso da agitação mecânica, essa conversão foi de 60,9%, enquanto com a cavitação hidrodinâmica, de 65,4% — um ganho de 4,5 pontos percentuais. “Esses resultados são significativos, uma vez que o desvio padrão foi de apenas 0,4%”, considera Lopes.

Em relação ao consumo de energia, no entanto, a cavitação hidrodinâmica se sai pior: cerca de 27% a mais quando comparado ao consumo na agitação mecânica. Tais valores foram aferidos no prazo de dez minutos, quando ocorreu a conversão máxima de biodiesel.

Transposição

Os estudos destacados por esta reportagem revelam que a obtenção de processos que elevem a produtividade do biodiesel é algo plausível. Tecnologia para tanto há, ainda que em diferentes estágios de desenvolvimento. O desafio está em fazer a transposição do âmbito laboratorial para o industrial.

Dadas as respostas evasivas dos entrevistados para questionamentos sobre o custo de implementação das tecnologias pesquisadas, percebe- -se que esse aspecto determinante é de certa forma pouco observado. O professor Luiz Dall’Oglio, da UFMT, diz que “esse quesito ainda precisa ser avaliado, pois depende da escala e de estudos de ampliação de escala da fase piloto para a industrial”.

Já o professor Lopes, da FEI, embora destaque o grande potencial do uso da cavitação para produção de biodiesel em escala industrial, em função da “simplicidade do uso e menor custo dos equipamentos”, informa não ter realizado um comparativo com os gastos do método convencional, por conta do prazo para terminar os testes e apresentar a dissertação.

Há também a questão da maturidade. Muitas dessas tecnologias ainda não estão prontas. Requerem estudos mais aprofundados, com a realização de novos testes antes de serem disponibilizadas ao mercado. E isso demanda tempo e dinheiro.

A Transfertech garante que está perto de operar essa transição. Oliveira estima que os processos enzimáticos nos quais a empresa está trabalhando hoje devem chegar ao mercado em mais um ou dois anos. “A enzima precisa ser recuperada e reutilizada no processo pelo menos de cinco a dez vezes para torná-lo economicamente viável”, diz. “Trabalhamos com volumes um pouco maiores, ainda que em escala de bancada, imaginando situações práticas. Nossas pesquisas têm os pés no chão.”

E ao contrário do que ocorre em outros países, os fabricantes brasileiros de biodiesel também não se mostram muito interessados em estabelecer parcerias com institutos de pesquisas – medida que poderia encurtar o prazo para a disponibilização das inovações ao setor.

“Chegamos a ser procurados por alguns [fabricantes de biodiesel] que almejavam mais informações. Entretanto, esse interesse inicial não redundou em novos encontros. Eles queriam a coisa pronta, e não se envolver em estudos mais aprofundados”, conta o professor Lopes.

Talvez o fato de o Brasil estar vivenciando uma fase de sobreoferta de biodiesel não estimule muito os fabricantes a apostarem em novas tecnologias. A criação de um novo marco regulatório pode vir a reverter esse cenário. Nesse contexto, as inovações descritas por esta reportagem podem desempenhar papel importante.