As matérias primas a partir das quais o biodiesel pode ser produzido classificam-se em: óleos vegetais, gorduras animais, óleos e gorduras residuais e óleos de outras fontes, como microrganismos (microalgas, micróbios, fungos). Considera-se ―gordura‖ a matéria graxa de origem vegetal ou animal cujo estado físico é sólido, normalmente pastoso, em condições normais de temperatura e pressão. Designa-se ―óleo‖ a matéria graxa, de origem vegetal ou animal, cujo estado físico natural em condições normais é líquido e viscoso.
Alguns óleos alimentícios são chamados de azeites, como é o caso do azeite de oliva e o azeite de dendê (Parente, 2003). Os óleos vegetais são formados por ácidos graxos (AG), em maior percentagem por uma mistura de triacilgliceróis (TG), uma porcentagem média de diacilgliceróis (DG) e pouca percentagem de monoacilgliceróis (MG). Cada óleo vegetal possui diferente composição de ácidos graxos e, dependendo da sua composição, cada óleo pode apresentar diferentes características tanto físicas como químicas.
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Na produção de biodiesel, uma característica para ter um bom desempenho como matéria prima é a quantidade de lipídios que o óleo possa conter na sua estrutura, deste vai depender a produtividade do biodiesel. Várias matérias primas têm sido pesquisadas para a produção de biodiesel, entre as quais estão: óleos vegetais (soja, girassol, colza, palma, camelina, canola, algodão, cevada, coco, arroz, entre outros), os que poderiam se classificar como óleos não comestíveis (amêndoa, andiroba, babaçu, pinhão-manso, jojoba, etc), as gorduras de animais (banha de porco, sebo, gorduras de aves e óleo de peixe) e as outras fontes (bactérias, algas, fungos, microalgas, óleo de cozinha) (SINGH E SINGH, 2010). No Brasil 80% do biodiesel é produzido a partir do óleo de soja.
Segundo o boletim anual da British Petroleum (2012), a produção mundial de óleos que são usados para a produção de biodiesel foi de 3995,6 milhões de toneladas em 2011. Como mostrado na Figura 2.1, a partir do ano de 2004 a produção de óleos vegetais tem aumentado pouco com uma queda na produção em 2009, mas atualmente já mostra uma estabilidade na produção.
Figura 2.1. Produção mundial de óleo
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Na Tabela 2.2 são listadas algumas das matérias primas mais utilizadas na produção de biodiesel e se detalha o conteúdo de óleo, o rendimento, a área que se precisa para produzir 1 kg de biodiesel e a produtividade de biodiesel que pode ser produzido a partir de cada matéria prima. Dentre os óleos vegetais ressalta-se o óleo de palma que tem a maior produtividade, mas as microalgas se destacam dentre as matérias primas convencionais alcançando um potencial de produção de óleo de 7 a 30 vezes superior ao das oleaginosas típicas como girassol, mamona, palma e soja; possibilidade de produção contínua, sem período de plantio e entressafra; e, por fim, taxa de sequestro de carbono muito superior a dos vegetais (PETROBRAS, 2013). Na atualidade, a microalga tem-se convertido na matéria prima mais promissora pelas suas vantagens comparadas com os óleos vegetais, mas o processo ainda não é economicamente viável.
Dependendo da matéria-prima utilizada, o biodiesel pode apresentar maior ou menor número de ácidos graxos insaturados (KNOTHE E STEIDLEY, 2005). Os óleos utilizados para tal finalidade são selecionados a partir de vários fatores, tendo em conta a viabilidade, competitividade técnico-econômica e socioambiental, citando alguns fatores, encontram-se:
Preço da produção, colheita e extração do óleo. Desempenho como combustível.
Propriedades de armazenamento. Produtividade por unidade de área.
O teor de ácidos graxos livres (AGL), umidade, impurezas, cor, odor, viscosidade e número de iodo, dentre outros.
Tecnologias.
Quantidade de glicerina. Incentivos agrícolas. Coprodutos.
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Tabela 2.2. Comparação de matérias primas para produção de biodiesel
Matéria Prima Conteúdo de óleo Rendimento do óleo Área de terra Produtividade do Biodiesel (%óleo por peso
de biomassa) (L óleo/ha ano)
(m2 ano/kg biodiesel) (kg biodiesel/ha ano) Milho 44 172 66 152 Cânhamo 33 363 31 321 Soja 18 636 18 562 Jatropha 28 741 15 656 Camelina 42 915 12 809 Canola 41 974 12 862 Girassol 40 1070 11 946 Castor 48 1307 9 1156 Palma 36 5366 2 4747 Microalga (baixo conteúdo de óleo) 30 58.700 0,2 51.927 Microalga (conteúdo médio de óleo) 50 97.800 0,1 86.515 Microalga (conteúdo alto de óleo) 70 136.900 0,1 121.104
Fonte: (MATA, MARTINS E CAETANO, 2010)
A Tabela 2.3 foi adaptada de (LEUNG, WU E LEUNG, 2010) e nela são listadas algumas propriedades físico-químicas que influenciam na produção de biodiesel, sendo elas: densidade, ponto de fulgor, viscosidade, acidez e calor de combustão para cada espécie.
Dentre as propriedades que mais afetam o desempenho do combustível estão as propriedades fluidodinâmicas, tais propriedades exercem grande influência na circulação e injeção do combustível. A viscosidade afeta a atomização do combustível no momento de sua injeção na câmara de combustão e, em última análise, a formação de depósitos no motor. A alta viscosidade ocasiona heterogeneidade na combustão do biodiesel devido à diminuição da eficiência de atomização na câmara de combustão, ocasionando a deposição de resíduos nas
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partes internas do motor. Quanto maior a viscosidade, maior a tendência do biodiesel em causar tais problemas (DE ALMEIDA et al., 2011).
Outra propriedade importante é a densidade que está diretamente ligada com a estrutura das moléculas. Quanto maior o comprimento da cadeia carbônica do alquiléster, maior será a densidade. O valor da densidade diminui quanto maior for o número de insaturações presentes na molécula.
Tabela 2.3. Propriedades físico-químicas das matérias primas para a produção de biodiesel.
Classificação do óleo Espécie Densidade Ponto de fulgor Viscosidade cinemática Acidez Calor de combustão g/cm3 °C Cst, 40 °C mg KOH/g MJ/kg Óleo comestível Soja 0,91 254 32,9 0,2 39,6 Colza 0,91 246 35,1 2,92 39,7 Girassol 0,92 274 32,6 - 39,6 Palma 0,92 267 39,61 0,1 - Amendoim 0,90 271 22,72 3 39,8 Milho 0,91 277 34,92 - 39,5 Camelina 0,91 - - 0,76 42,2 Canola - - 38,2 0,4 - Algodão 0,91 234 18,2 - 39,5 Abobora 0,92 >230 35,6 0,55 39 Não comestível Pinhão manso 0,92 225 29,4 28 38,5 Fava Indiana 0,91 205 27,8 5,06 34 Outros Óleo de cozinha 0,90 - 44,7 2,5 - 1 Viscosidade cinemática a 38 °C, mm2/s. 2Viscosidade cinemática a 37 °C, mm2/s.
Fonte: (LEUNG, WU E LEUNG, 2010)
A estabilidade à oxidação afeta a qualidade do biodiesel, principalmente quando se tem armazenamentos em longos períodos. Estudos mostram que a viscosidade, índice de acidez e densidade aumentam em amostras estocadas por 2 anos enquanto que o calor de combustão
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diminui. A experiência prática demonstra que a corrosividade do biodiesel neutro é zero, e que, com acidez elevada o biodiesel apresenta-se como corrosivo, existindo uma correlação entre o número de acidez e a corrosividade. Por tanto, a acidez também é outra propriedade que deve-se manter num numero mínimo, para evitar estes problemas.
O ponto de fulgor também é uma propriedade importante. Quanto mais alto o ponto, menor é a possibilidade de produzir vapores de ar/combustível, o que é bom para sua manipulação.