Biodiesel

O biodiesel é um combustível alternativo ao petrodiesel (ANTP, 2016). É um biocombustível formado por ésteres alquílicos de cadeia longa (tamanho da cadeia carbônica semelhante ao petrodiesel, com o peso molecular cerca de três vezes superior), cujo insumo principal é um lipídio, da classe funcional dos glicerídeos (e.g. soja, sebo animal, algodão, amendoim, girassol, mamona, pinhão manso, palma, canola, macaúba, dendê, babaçu, andiroba, microalgas etc.), de origem biológica, e não mineral (CUNHA, 2008).

Apresenta como vantagens: (i) rápida renovabilidade de suas fontes biológicas; (ii) realização fotossintética para fixação de carbono atmosférico, quando de origem vegetal, permitindo que se estabeleça um ciclo fechado de carbono, ao momento de sua combustão; (iii) ausência de emissão de dióxido de enxofre, redução de material particulado e de compostos orgânicos voláteis em seu processo de combustão; (iv) ausência de enxofre na sua composição permitir o uso de catalisadores para controle de emissões de óxidos nitrosos; (v) maiores porcentagens de oxigênio que o óleo diesel, auxiliando na combustão completa e na sua biodegrabilidade; e (vi) potencial alocação da reciclagem de óleos e gorduras, por meio da produção de biodiesel, glicerina e sabão (CUNHA, 2008).

Quando o biodiesel está de acordo com as normas de qualidade da ANP, ele pode ser utilizado em motores de ignição por compressão e substituir, total ou parcialmente, o petrodiesel. Entretanto, atualmente somente é autorizada pela indústria, sem restrições de manutenção e garantia, a adição até a proporção de 20% de biodiesel, desde que com qualidade certificada. Em casos de maiores percentagens de biodiesel, é necessária a adoção de procedimentos especiais de manutenção (ANTP, 2016).

Segundo ANP (2016) e Cunha (2008), no Brasil, a produção de biodiesel vegetal se adapta às safras disponíveis em cada região: no Norte do país, as culturas mais utilizadas para essa finalidade são palma e soja, representando 3,28% da capacidade de produção autorizada, em volume; no Nordeste, palma, babaçu, soja, mamona e algodão, representando 6,18% da capacidade de produção autorizada, em volume; no Centro-Oeste, a soja, algodão, mamona e girassol, representando 39,65% da capacidade de produção autorizada, em volume; no Sudeste, a soja, mamona, algodão e girassol, representando 11,28% da capacidade de produção autorizada, em volume; e no Sul, soja, girassol, colza e algodão, representando 39,61% da capacidade de produção autorizada, em volume.

As gorduras animais (e.g. sebo bovino, gordura de frango, banha e óleo de peixe) também podem ser utilizadas para a produção de biodiesel, apesentando uma quantidade maior de cetanos que a soja, com o inconveniente de sua viscosidade, que pode causar problemas no sistema de injeção de motores de ignição por compressão (CUNHA, 2008).

Assim, no âmbito nacional, segundo a Associação de Produtores de Biodiesel do Brasil (APROBIO), os dados da produção de biodiesel no Brasil em 2016 indicam que 77% foi oriundo de soja, 18% de gordura bovina e 5% de outras fontes (e.g. óleo de algodão, óleo de fritura, gordura de porco, gordura de frango, óleo de palma/dendê, e de óleo de milho) (APROBIO, 2016).

Os principais processos industriais utilizados para a produção do biodiesel são: transesterificação, esterificação e craqueamento. A esterificação corresponde à reação entre ácidos graxos e um álcool, formando biodiesel e água. Já o craqueamento térmico promove a quebra das moléculas do óleo por aquecimento a temperaturas superiores a 450º C na ausência de oxigênio, com a presença ou não de um catalisador (MOURAD, 2008).

O processo de transesterificação é o mais utilizado e consiste na reação química dos óleos ou gorduras vegetais e animais com álcool, na presença de um catalisador gerando biodiesel e

glicerina (SILVA, 2013). A transesterificação ou alcoólise reduz significativamente a

conferindo ao produto melhores características combustíveis que o óleo ou a gordura puros (CUNHA, 2008).

A escolha do álcool envolve o uso de algum alquílico de cadeia curta, como o metanol, etanol e butanol, sendo o metanol e o etanol os mais comumente empregados. O etanol, apesar de ter como vantagem o fato de ser caracterizado como renovável, possui o inconveniente de ser menos reativo e de ter um peso molecular distinto ao metanol, havendo a necessidade de adição de 45% de massa na reação, maior aquecimento e agitação, quando comparado ao uso do metanol. O metanol, portanto, pode gerar melhores resultados em rendimentos durante a etapa de transesterificação, aos custos, entretanto, de sua toxicidade mais elevada e seu perfil não renovável (CUNHA, 2008).

Já os catalizadores utilizados na reação são geralmente classificados nas categorias de ácidos (e.g. ácido sulfúrico, sulfônico e clorídrico) e alcalinos (e.g. hidróxido de potássio e sódio), com seu uso dependente da acidez da matéria-prima. A catálise ácida pode ser empregada quando a matéria-prima apresenta um alto teor de ácidos graxos livres, como no óleo de fritura, obtendo-se um alto rendimento, mas também demanda por aquecimento, tempo de reação e álcool. A catálise alcalina, por sua vez, é mais utilizada comercialmente quando a matéria-prima apresenta baixa acidez e seus reagentes são anidros, sendo rápida, mas sujeita à saponificação, o qual é fator de potencial diminuição da produção de biodiesel (CUNHA, 2008).

Por essas e outras razões, que ultrapassam as questões ambientais e de rendimento, a maior parte do biodiesel produzido no mundo deriva do óleo de soja, com metanol e catalizador alcalino (CUNHA, 2008).

No Brasil, Ferreira & Carvas (2014) apontam que o óleo mais usado é o de soja, produzida principalmente nos estados do Mato Grosso, Paraná, Rio Grande do Sul, Goiás e Mato Grosso do Sul, com o etanol anidro como álcool. Vale comentar que a rota etílica é de grande interesse nacional, pois o etanol produzido no país é de origem renovável e a infraestrutura produtiva já se encontra consolidada. No entanto, segundo Mourad (2008), a utilização do etanol torna o processo de separação do glicerol mais difícil, exigindo maiores custos para o processo de purificação do biodiesel.

Após a transesterificação, os produtos se separam em duas fases não miscíveis. A superior contém, em sua maioria, biodiesel, com traços de glicerol, álcool, catalisador e uma baixa concentração de contaminantes (e.g. tri, di e monoacilgliceróis). Enquanto a fase inferior é composta basicamente por glicerol e uma maior quantidade de contaminantes.

A purificação do biodiesel nessa etapa é bastante relevante para a remoção de impurezas na fase éster, pois esses contaminantes podem causar problemas no armazenamento do combustível e no funcionamento do motor. Ela pode ser feita com lavagem ácida, em que há a remoção de impurezas e diminuição da alcalinidade do produto, gerando efluentes contaminados a serem descartados; ou com adsorventes comerciais (e.g. Magnesol), auxiliando em um menor tempo de produção pela redução de umidade no produto final (CUNHA, 2008).

Como mencionado anteriormente, a maior parte da produção de biodiesel provém da soja e, por isso, o biodiesel de soja ocupa um papel central na discussão sobre os biocombustíveis no Brasil (CAVALETT & ORTEGA, 2010; CUNHA, 2008), mesmo não apresentando, inerente à sua fisiologia vegetal, o melhor potencial de gerar óleo quando comparada a outras fontes, como apresentado na Tabela 2.10.

Tabela 2.10 – Características de óleos com potencial de produção de biodiesel

Espécie Origem do óleo Conteúdo do óleo _(%) Meses de colheita _(unidades) Rendimento em _{óleo (t/ha)}

Dendê Polpa 26 12 3,0 - 6,0 Babaçu Amêndoa 66 12 0,4 - 0,8 Girassol Grão 38-48 3 0,5 - 1,5 Colza Grão 40-48 3 0,5 - 0,9 Mamona Grão 43-45 3 0,5 - 1,0 Amendoim Grão 40-50 3 0,6 - 0,8 Soja Grão 17 3 0,2 - 0,6

Fonte: Macedo e Nogueira (2004) apud Ferreira e Carvas (2014).

A etapa agrícola da produção do biocombustível de soja demanda uma grande quantidade de materiais e energia fóssil, de modo que os aspectos ambientais gerados estão diretamente relacionados à escala e ao modo de produção adotados (CAVALETT & ORTEGA, 2010). Em 2015, os valores de produtividade média nacional para a soja foram equivalentes a 3,029 toneladas/ha (IBGE, 2016).

De acordo com a ANP (2016), em 2015 a produção nacional de biodiesel foi de 3,9 milhões de m3 (53,3% da capacidade total), com um crescimento de 15,1%, em relação ao ano anterior. Apesar desse aumento de produção nacional, a região Norte apresentou uma redução de 21,7% em sua produção, que fora compensada por outros estados, como o Nordeste (aumento de 35%), Sudeste (aumento de 9,1%), Sul (aumento de 11,3%) e Centro-Oeste (aumento de 18,8%) (ANP, 2016).

A segunda matéria-prima usada na produção de biodiesel é o sebo bovino. O sebo pode ser considerado como um coproduto ou um resíduo da indústria de carne bovina, dependendo da abordagem. Costumeiramente, ele era destinado à indústria de sabão, antes de ser alocado para a produção biodiesel.

Segundo a APROBIO (2016), uma cabeça de gado tem o potencial médio de se produzir 22,22 kg de sebo e, consequentemente, 25,926 litros de biodiesel. Coelho et al. (2013) afirmam que, a cada bovino abatido, cerca de 15 kg são sebo.