Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761
Estudo do processo de produção do Biodiesel obtido a partir de óleo de fritura
residual e sebo bovino utilizando a transesterificação etílica básica
Study of the production process of Biodiesel obtained from residual frying oil
and bovine tallow using basic ethyl transesterification
DOI:10.34117/bjdv6n5-362
Recebimento dos originais:20/04/2020 Aceitação para publicação:19/05/2020
Felipe de Luca Lima Coelho
Graduando em Engenharia Química pela Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: felip-de-lucas@hotmail.com Iara Oliveira Santos
Graduando em Engenharia Química pela Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: iaraosantos15@gmail.com Daniel Campos da Paixão Graduado em Engenharia Química
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia Endereço: Rua Emídio dos Santos, s/n - Barbalho, Salvador - BA
E-mail: campos_paixao@hotmail.com Dyenny Ellen Lima Lhamas
Doutora em Engenharia de Recursos Naturais pela Universidade Federal do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 Gicélia Rodrigues
Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: gicelia.rodrigues@unifesspa.edu.br Daiane Farias Pereira Suffredini
Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal da Bahia
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus Ilhéus Endereço: Rodovia Jorge Amado, Km 13, S/N – Vila Cachoeira - Ilhéus-BA
E-mail: daianefarias@ifba.edu.br Ana Cláudia Gondim de Medeiros
Mestre em Engenharia de Sistemas Químicos pela Universidade Estadual de Campinas Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus
Salvador
Endereço: Rua Emídio dos Santos, s/n - Barbalho, Salvador - BA E-mail: anagondim@ifba.edu.br
RESUMO
O presente artigo tem como objetivo analisar a produção do biodiesel, através da reação de transesterificação etílica básica, utilizando o óleo de fritura residual e o sebo bovino, em diferentes condições reacionais, a fim de determinar às condições que favorecem a formação de um produto em consonância com as normas da Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Foram realizadas etapas de neutralização nas matérias-primas, utilizando uma solução aquosa de NaOH a 15% (m/m) a temperatura de 333 K. Para as reações de transesterificação via rota etílica utilizou-se como catalisador, o hidróxido de potássio (KOH e o hidróxido de sódio (NaOH). De acordo com os resultados foram observados em alguns experimentos dificuldades na separação do biodiesel e glicerol. Os testes com óleo de fritura apresentaram as separações previstas na literatura, e os mesmos obtiveram ótimos rendimentos reacionais, característica essa ligada a catálise homogênea, bem como características físico-químicas mais próximas da ANP. O sebo bovino também foi capaz de produzir o biocombustível, ainda que apresentasse dificuldade no seu manuseio devido a sua solidificação rápida em temperatura ambiente.
Palavras Chave: Biocombustível, óleo de fritura, sebo bovino.
ABSTRACT
This article aims to analyze the production of biodiesel, through the basic ethyl transesterification reaction, using residual frying oil and bovine tallow, in different reaction conditions, in order to determine the conditions that favor the formation of a product in in line with the rules of the National Petroleum, Natural Gas and Biofuels Agency (ANP). Neutralization steps were carried out on the raw materials, using a 15% aqueous solution of NaOH (m / m) at a temperature of 333 K. For the transesterification reactions via ethyl route,
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 potassium hydroxide (KOH) was used as catalyst. and sodium hydroxide (NaOH). According to the results, difficulties in the separation of biodiesel and glycerol were observed in some experiments.The tests with frying oil presented the separations provided for in the literature, and they obtained excellent reaction yields, a characteristic that linked to homogeneous catalysis, as well as physical and chemical characteristics closer to ANP. Bovine tallow was also able to produce biofuel, although it had difficulty in handling it due to its rapid solidification at room temperature.
Keywords: Biofuel, frying oil, beef tallow.
1 INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, a utilização do petróleo como fonte primária de diversos produtos, como os combustíveis fósseis e também a maioria dos utensílios utilizados no dia-a-dia, tem aumentado drasticamente. Tudo isso devido à necessidade de atender um padrão de vida cada vez mais exigente (SILVA, 2011). Entretanto, cresce também a cada dia os impactos ambientais causados pela utilização dessa fonte energética, como o efeito estufa, sendo fortalecido pela emissão de gases provenientes da queima desse combustível, como o dióxido de carbono, e também por atividades industriais e agropecuárias. Além disso, o petróleo é uma fonte de energia finita, ou seja, se esgotará em um futuro próximo, exigindo a busca por alternativas energéticas para os combustíveis fósseis que sejam economicamente e sustentavelmente viáveis.
Atualmente, a busca por fontes de energias renováveis é crescente, principalmente para a utilização em meios de transporte, pois a mesma permite que haja um modelo de desenvolvimento econômico menos agressivo ao meio ambiente, dentre elas a tecnologia do biocombustível ganha destaque, pois a sua produção é considerada sustentável, limpa, renovável e de baixo custo.
O biodiesel pode ser produzido por diversas matérias-primas, como o óleo de fritura residual e gordura animal, motivo esse por ser considerado um grande alavanque para a economia gerada, visto que está ligado ao agro negócio, que abrange desde a produção das suas matérias-primas até o transporte, dentre outros. (CUNHA, 2008).
Uma das formas de se obter esse biocombustível se dá através da reação de transesterificação, utilizando uma matéria graxa, derivada de oleaginosas ou do reaproveitamento de resíduos como o óleo de fritura e o sebo bovino, na presença de um álcool de cadeia curta, como o etanol e o metanol, acrescentando um catalisador, podendo ser ele
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 básico, ácido ou enzimático. O produto dessa reação é dado pela formação de ésteres alquílicos de ácidos graxos (biodiesel) mais a presença do glicerol (BERNI, 2015).
O biodiesel formado pela reação é caracterizado por uma fase menos densa quando comprado ao subproduto gerado, o glicerol. A fase que constitui o biodiesel é formada principalmente por ésteres além do excesso de álcool e catalisador.
Visto isso, o presente artigo tem como intuito analisar a produção do biodiesel, através da reação de transesterificação etílica básica, utilizando como matéria prima o óleo de fritura residual e o sebo bovino, em diferentes condições reacionais, a fim de determinar às condições que favorecem a formação de um produto com características físico-químicas semelhantes aquelas exigidas pela ANP (2014).
2 MATERIAL E MÉTODOS
Para o procedimento experimental foram coletados dois tipos de óleo de fritura, o primeiro doado por uma lanchonete localizada no município de Parauapebas-PA, o outro coletado nas residências do município de Marabá-PA. O sebo bovino foi doado por uma rede de frigoríficos localizada em Belém, capital do estado.
O óleo de fritura coletado em Parauapebas apresentou uma acidez elevada, juntamente com o sebo bovino, impossibilitando a realização da transesterificação, visto que um índice de acidez elevado pode levar a geração de produtos indesejáveis como o sabão. Diante disso, realizou-se uma etapa de neutralização, utilizando uma solução aquosa de NaOH a 15% (m/m) a temperatura de 333 K.
Para a realização da transesterificação utilizou-se o álcool etílico e o hidróxido de potássio (KOH) lentilhas P.A ACS-Micropérolas da Êxodo Cientifica e o hidróxido de sódio (NaOH) P.A ACS-Micropérolas da Êxodo Científica. Os testes foram realizados em condições operacionais diferentes, como se pode notar na Tabela 1.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 Tabela 1- Condições reacionais utilizadas para a produção do biodiesel
O aparato experimental utilizado para a reação foi composto por uma chapa aquecedora, banho maria, balão de vidro de borosilicato (500 mL), com três saídas, onde na saída central foi fixado um condesador Allihn (bola) com duas juntas e oliva de vidro de 300 mm (Uniglas), acoplado em um banho termostático (Quimis, Diadema – SP, Brasil) conforme a Figura 1.
Figura 1- Aparato experimental utilizado para a transesterificação
A determinação do índice de acidez das matérias-primas seguiu a metodologia AOC Cd 3d-63, enquanto para o biodiesel foi determinado segundo a ANP (2014). Além dessas análises foi calculada a massa específica das matérias-primas assim como a do biodiesel segundo o método oficial AOCS Cc 10c-95. A viscosidade cinemática foi determinada segundo as normas EM ISSO 3104, ASTM 445 e ABNT NBR 10441.
Teste
Matéria-Prima Razão Molar
Tempo (min) Temperatura (°C) Catalisador (1%) 1 Óleo de fritura neutro 01:08 30 40 KOH 2 Óleo de fritura bruto 01:08 30 40 NaOH 3 Sebo bovino 01:08 30 40 NaOH 4 Sebo bovino 01:08 30 60 KOH
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 O rendimento (R) da produção do biodiesel através da transesterificação foi determinado através da relação entre à massa do biodiesel (mbiodiesel) e à massa de óleo utilizada
na reação (móleo).
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores encontrados das análises físico-químicas das matérias-primas, segundo cada metodologia utilizada, encontram-se na Tabela 2.
Tabela 2- Resultado das análises físico-químicas das matérias-primas.
Apesar do óleo de fritura bruto ser um resíduo domiciliar, possuindo como principal característica altos índices de acidez devido às inúmeras reações químicas que ocorrem ao ser utilizado, o mesmo apresentou uma acidez baixa, não sendo necessária a etapa de neutralização.
Quanto às características físico-químicas do biodiesel produzido utilizando as três matérias-primas foi possível verificar que a catálise homogênea proporciona altos rendimentos. O teste 1 apresentou um rendimento de 82,9%, o teste 2 resultou em 82,35%, os testes 3 e 4 apresentaram rendimentos a cima de 100%.
Uma possível causa para tal acontecimento se deve a falta de separação espontânea entre o biodiesel e o glicerol, comportamento previsto na literatura, já que umas das
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 problemáticas na utilização do álcool etílico ocorrem pela dificuldade de separação das fases. Portanto, possivelmente nas amostras de biodiesel ainda podem conter álcool, glicerol e catalisador.
Os testes 1 e 2 apresentaram acidez dentro dos valores estabelecidos pela ANP, 2014 (0,5 máx), enquanto as amostras 3 e 4 valores muito altos, como é possível observar na Tabela 3.
Além disso, a massa especifica encontrada nos testes 1 e 4 obtiveram valores dentro do esperado pela ANP (850-900 kg/m3), enquanto o teste 2 obteve valor um pouco mais altos. Já o teste 3 foi impossível determinar a sua massa específica utilizando a metodologia escolhida, visto que sofria rápida solidificação ao entrar em contato com a vidraria, mesmo após a reação de transesterificação. Uma possível causa para o ocorrido pode ser a conversão ineficaz da gordura para o produto desejado, o biodiesel, predominando as características físicas do sebo bovino.
De acordo com a ANP, a viscosidade do biodiesel deve estar entre 3 e 6 mm2/s, onde os testes 1 e 4 apresentaram valores dentro do intervalo estabelecido, enquanto o teste 2 constatou uma viscosidade baixa. Pode-se destacar que a viscosidade é considerada um dos parâmetros mais importante do biodiesel, visto que está diretamente ligada a qualidade do combustível quando posto na câmara de combustão do motor.
Tabela 3 – Características físico-químicas do biodiesel
4 CONCLUSÕES
Apesar da dificuldade na utilização do etanol na reação de transesterificação etílica básica, pelo fato de dificultar o processo de separação do biodiesel e glicerol, os testes 1 e 2 apresentaram as separações previstas na literatura, e os mesmos obtiveram ótimos rendimentos reacionais, característica essa ligada a catálise homogênea.
Teste Massa específica a 20°C (kg/m3) I. A. Máx (mgKOH/óleo) Ácidos graxos livres Viscosidade Cinemática a 40ºC (mm²/s) 1 875 0,55 0,27 3,45 2 929 0,27 0,13 2,2 3 - 2,15 1,08 - 4 900 2,73 1,37 4,34
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28836-28843 may. 2020. ISSN 2525-8761 O sebo bovino também foi capaz de produzir o biocombustível, ainda que apresentasse dificuldade no seu manuseio devido a sua solidificação rápida em temperatura ambiente, isso devido as suas características físicas.
Assim, com os resultados obtidos é possível concluir que os testes 1 e 2, ambos com parâmetros reacionais iguais, apresentaram o biodiesel com características físico-químicas mais próximas da ANP, (2014).
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq. Ao Núcleo de Tratamento de Resíduos Sólidos e Sustentabilidade (NUTRARES) da UNIFESSPA
REFERÊNCIAS
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Resolução nº 45, de 25 de agosto 2014. Diário Oficial da União, Brasília, DF.
BERNI, V. J. ; DOLFINI, N. ; MEDEIROS, F. J. ; ALMEIDA. N. F. ; PEREIRA, C. N. Análise comparativa de métodos de purificação de ésteres etílicos da blenda de sebo bovino e óleo de fritura. XXXVII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados. São Carlos, 2015.
CUNHA, E. M.; Caracterização de biodiesel produzido com misturas binárias de sebo bovino, óleo de frango e óleo de soja. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Química, Porto Alegre, 2008.
SILVA, R. A. T. Biodiesel de óleo residual: produção através da transesterificação por metanólise e etanólise básica, caracterização físico-química e otimização reacionais. Tese de Doutorado (Doutorado em Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia , 2011.
