Matérias primas

A variedade de fontes de biomassa utilizadas na produção de biodiesel é vasta como, óleos vegetais, gorduras animais e gorduras residuais. Quanto ao tipo de álcool utilizado, etanol e metanol são os que se destacam nesse cenário.

Diferentes tipos de álcoois como, metanol, etanol, propanol e butanol podem ser utilizados na produção do biodiesel, porém características como disponibilidade, ponto de ebulição e densidade são fatores importantes na escolha do mesmo. Os dois tipos de álcoois mais utilizados são o metanol e etanol, sendo a escolha muitas vezes dependente do preço e disponibilidade do reagente (ABREU; OLIVEIRA; GUERRA, 2010). Embora os ésteres metílicos e etílicos (biodiesel) apresentem semelhantes propriedades, como viscosidade e poder calorífico, ésteres metílicos têm demonstrado maior potência e torque em testes com motores (DEMIRBAS, 2008).

As plantas oleaginosas são um dos tipos de biomassa mais empregados na produção do biodiesel, as quais são capazes de fornecer óleos vegetais comestíveis e não-comestíveis como, óleo de canola, soja, coco, palma, pinhão manso, crambe, girassol, colza, amendoim, milho, entre outros. Porém, biomassas de baixo valor agregado, como gordura animal, óleo residual de fritura e graxa, são ótimas fontes lipídicas para a produção deste biocombustível.

O principal constituinte de óleos vegetais é o éster triacilglicerol (Figura 2-a), também conhecido como triglicerídeo, formado pela combinação de uma molécula de glicerol com três moléculas de ácidos graxos de cadeia longa (radicais R’s na Figura 2-a). Com relação aos ácidos graxos livres (Figura 2-b), formados por um grupo carboxila ligado à uma cadeia alquílica (radical R na Figura 2-b) saturada ou insaturada, estes se encontram presentes em óleos vegetais em pequenas quantidades (< 2%) (VAN GERPEN et al., 2004). Embora óleos vegetais apresentem um baixo teor de ácidos

graxos livres, fatores como aquecimento – quando utilizados em frituras – e umidade podem elevar esses valores (CAO; DUBÉ; TREMBLAY, 2008).

Figura 2 - Moléculas de (a) triacilglicerol e (b) ácido graxo livre Fonte: Autoria própria.

Cada óleo vegetal ou gordura possui uma específica composição de ácidos graxos, a qual irá lhes conferir as suas características físicas e químicas (VAN GERPEN et al., 2004). A Figura 3 apresenta as estruturas químicas dos ácidos graxos livres mais comumente encontrados em óleos vegetais e gorduras.

Figura 3 - Estrutura química dos ácidos graxos livres mais comuns Fonte: Adaptado de WESTBROOK (2013, p.203).

A viabilidade da produção de biodiesel é um dos mais importantes objetivos buscados por companhias que o produzem. Com isso, a utilização de óleos vegetais refinados como matéria-prima faz com que a produção do biodiesel apresente um custo mais elevado, considerando-se que o custo da matéria-prima representa entre 70% a 85% do custo total de produção do biodiesel. Além disso, outro fator que desfavorece a viabilidade do uso de óleos vegetais comestíveis, para produzir biodiesel, é a preocupação com o suprimento de materiais vegetais tanto para a indústria alimentícia quanto energética (MONDALA et al., 2009).

Com o intuito de se reduzir os custos de produção do biodiesel, matérias-primas baratas como óleo de fritura (yellow grease, em inglês), gordura animal e graxa marrom (brown grease, em inglês) são excelentes alternativas para se obter um processo e produto economicamente viáveis (CAO; DUBÉ; TREMBLAY, 2008). Além disto, a utilização desses resíduos na produção de biocombustíveis apresenta-se não somente como uma ótima iniciativa econômica, mas também ecológica, uma vez que os mesmos muitas vezes recebem uma inadequada destinação.

A graxa marrom é composta por uma mistura de gorduras, óleos e graxas presentes em caixas de gordura residenciais ou industriais, e também em estações de tratamento de esgoto. Como o teor de ácidos graxos livres é um dos fatores empregado na diferenciação dos tipos de óleos, gorduras e graxas, para que o material lipídico seja considerado como graxa marrom, o mesmo deve apresentar um teor de ácidos graxos livres acima de 15%. De um modo geral, a graxa marrom é principalmente composta por 85 ± 5% de ácidos graxos livres, sendo o percentual restante composto por 15 ± 5%

de macromoléculas, 3,4% de triglicerídeos e compostos de enxofre e organometálicos (KIM et al., 2011).

O perfil de ácidos graxos livres presentes em diversos materiais lipídicos é apresentado na Tabela 1. A notação CX:Y utilizada na Tabela 1 refere-se à composição química do ácido graxo, sendo X o número de carbonos presentes na cadeia e Y o número de duplas ligações da cadeia carbônica. O ácido oleico (C18:1) é o ácido graxo livre presente em maior quantidade na graxa marrom (48,7%), a qual também apresenta consideráveis quantidade de ácidos palmítico (C16:0) e linoleico (C18:2), como apresentado na Tabela 1.

Tabela 1 - Perfil de ácidos graxos livres em diferentes matérias primas

Ácidos Graxos Livres

Matéria prima C14:0⁽¹⁾ C16:0⁽²⁾ C16:1⁽³⁾ C18:0⁽⁴⁾ C18:1⁽⁵⁾ C18:2⁽⁶⁾ C18:3⁽⁷⁾

Graxa marrom 1,5 23,8 1,9 4,1 48,7 17,8 2,3

Graxa amarela 0,84 15,88 - 8,43 48,43 20,11 1,89

Óleo de soja - 11,3 0,1 3,6 24,9 53,0 6,1

Óleo de canola - 3,75 - 1,75 59,45 23,55 10,25

Óleo de milho - 6,5 0,6 1,4 65,6 25,2 0,1

Óleo de palma 0,7 36,7 0,1 6,6 46,1 8,6 0,3

Gordura animal 1,1 21,6 1,5 11,0 40,6 21,2 1,4

Fonte: (KIM et al., 2011).

Notas: Ácido (1) mirístico, (2) palmítico, (3) palmitoléico, (4) esteárico, (5) oleico, (6) linoleico e (7) linolênico.

Apresentando um elevado teor de ácidos graxos livres, a graxa marrom é uma ótima opção de matéria prima para a produção de biodiesel. Devido à alta acidez da biomassa, a reação predominante no processo é a de esterificação dos ácidos graxos livres, ao invés da transesterificação de triglicerídeos, produzindo-se assim ésteres alquílicos de ácidos graxos (biodiesel) (KIM; HILGER; BAE, 2013). De acordo com Kim, Hilger e Bae (2013), a esterificação da graxa marrom pode converter até 99% dos ácidos graxos livres em biodiesel, utilizando-se ácido sulfúrico (H2SO4) como catalisador.

A graxa marrom, além de apresentar grande quantidade de hidrocarbonetos também possui alguns contaminantes, os quais inviabilizam a sua aplicação como fertilizante ou ração animal. O acúmulo deste material nas tubulações, ao longo do tempo, pode ocasionar o entupimento dos mesmos ou o transbordamento deste material nas caixas de gordura (NOSHADI et al., 2014). Sendo assim, um material que é ecologicamente considerado como um rejeito passa a ser caracterizado como um resíduo, podendo assim ser empregado na produção de biocombustíveis.