SÍNTESE DE BIODIESEL UTILIZANDO ÓLEO DE SOJA RESIDUAL POR DIFERENTES ROTAS DE PRODUÇÃO

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De 23 a 27 de abril de 2018. Ciência & Tecnologia: Fatec-JB, Jaboticabal, v. 10, p. 48-52, 2018. Suplemento.

SÍNTESE DE BIODIESEL UTILIZANDO ÓLEO DE SOJA

RESIDUAL POR DIFERENTES ROTAS DE PRODUÇÃO

SYNTHESIS OF BIODIESEL USING RESIDUAL SOYBEAN OIL

BY DIFFERENT PRODUCTION ROUTES

Arthur Godoy Cottas (1)

Luis Henrique dos Reis Menêzes (2)

Sandra Cristina Dantas (3)

Resumo

O biodiesel é um biocombustível que pode ser obtido por fontes oleaginosas vegetais ou gorduras animais. Devido a preocupações ambientais e a necessidade da reutilização de resíduos, o óleo residual surge como uma boa alternativa para produção de biodiesel. Este trabalho teve por objetivo a produção de biodiesel por catálise ácida homogênea, catálise básica homogênea e catálise heterogênea por via metanólica. Para realização dos experimentos, foram utilizadas metodologias e condições operacionais adaptadas da literatura e os resultados foram expressos em termos do rendimento mássico obtido, análises físico-químicas como massa específica, índice de acidez e índice de iodo e caracterização por espectroscopia de absorção por infravermelho. O resultado mais relevante foi a catálise básica homogênea utilizando hidróxido de potássio, com 0,6% em massa de catalisador, temperatura de 45 ºC e 45 minutos de reação, obtendo 97,7% de rendimento mássico e possuindo espectro no infravermelho semelhante ao padrão de biodiesel metanólico.

Palavras chave: Biocombustível. Catálise. Infravermelho. Óleo residual. Via metanólica.

Abstract

Biodiesel is a biofuel that can be obtained from vegetable oil or animal fat sources. Due to environmental concerns and the need for waste reuse, residual oil appears as a good alternative for biodiesel production. This work aimed at the production of biodiesel by homogeneous acid catalysis, homogeneous basic catalysis and heterogeneous catalysis by methanol route. These experiments, methods and operating conditions were adapted from the literature and results were expressed in mass yield obtained were used, physico-chemical analyzes such as density, acid value and iodine value and characterization by infrared absorption spectroscopy. The most important result was homogeneous basic catalysis using potassium hydroxide with 0.6% by weight catalyst, temperature of 45 ° C and 45 minutes of reaction, resulting in 97.7% mass yield and having the infrared spectrum similary to standard biodiesel methanol.

(1) Mestrando pela Universidade Federal de Uberlândia. Eng. Químico. arthgodoy@hotmail.com (2) Mestrando pela Universidade Federal de Uberlândia. Eng. Químico. hrmluis@gmail.com

(3) Doutora pela Universidade Federal de Uberlândia. Docente pela Universidade Federal do Triângulo Mineiro. Eng. Química.

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Keywords: Biofuel. Catalysis. Iinfrared. Residual. Oil. Methanolic route.

1 Introdução

A busca por formas de energia renováveis, limpas e eficientes são preocupações na sociedade contemporânea. Como fontes renováveis destacam-se: energia eólica, energia solar e uso de biomassa, de onde são obtidos biodiesel e etanol (BALABIN et al., 2011).

O biodiesel apresenta várias vantagens ambientais em relação ao diesel fóssil, como baixos níveis de emissão de monóxido de carbono e material particulado durante a combustão, a não liberação de compostos de enxofre na atmosfera e menores emissões dos principais gases do efeito estufa pois o gás carbônico produzido na sua combustão é quase que totalmente fixado durante o cultivo das oleaginosas (CORDEIRO, 2011).

O óleo residual, coletado de estabelecimentos comerciais, é uma boa alternativa para produção de biodiesel, uma vez que o óleo não precisa ser extraído de uma nova fonte, é uma matéria prima de baixo valor agregado e é um destino que pode evitar a contaminação do solo e de lençóis freáticos, tendo assim um forte apelo de âmbito ambiental (DIB, 2010).

O presente trabalho tem por finalidade a produção de biodiesel metílico usando óleo de soja residual pelos seguintes processos: catálise ácida homogênea, catálise básica homogênea e catálise heterogênea; e realizar uma comparação com uma amostra de biodiesel padrão.

2 Material e Métodos

Para a realização dos experimentos baseou-se em adaptações de metodologias e condições operacionais apresentadas na literatura para produção de biodiesel, aplicando óleo residual como reagente. Os tipos de reações utilizadas foram catálise ácida homogêna, catálise básica homogênea e catálise heterogênea, utilizando respectivamente: ácido sulfúrico, hidróxido de potássio e carbonato de sódio impregnado em alumina como catalisador.

Cada experimento foi realizado com base em 50 g de óleo de soja residual, obtido no projeto REPOR (Engenharia Ambiental – UFTM), e que passou por um processo de filtração em algodão, de modo a separar sólidos grosseiros e restos de fritura. O álcool utilizado foi o metanol 99,9 % PA e a razão molar de álcool:óleo utilizada nos experimentos foi de 9:1. As condições reacionais utilizadas estão dispostas na Tabela 1:

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De 23 a 27 de abril de 2018. Ciência & Tecnologia: Fatec-JB, Jaboticabal, v. 10, p. 48-52, 2018. Suplemento. Experimento Catálise % (m/m) catalisador Temperatura (ºC) Tempo (min.) Referência Adaptada 1 Ácida Homogênea 1,8 65 60 Alves e Pacheco (2014) 2 Básica Homogênea 0,6 45 45 Sangaletti-Gerhard et al. (2014) 3 Heterogênea 4 80 120 Gama (2015)

As análises físico-químicas para caracterização do biodiesel utilizadas foram: índice de acidez, índice de iodo, massa específica (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2005) e espectroscopia de absorção por infravermelho, utilizada para comparar o espectro de cada biodiesel com uma amostra de biodiesel padrão metílico.

3 Resultados e Discussão

O rendimento mássico bruto obtido após a reação é mostrado na Tabela 2: Tabela 2 - Massa de biodiesel e Rendimento mássico obtidos

Experimento Catálise Massa óleo (g) Massa biodiesel (g) Rendimento mássico (% m/m) 1 Ácida Homogênea 50,02 48,234 96,429 2 Básica Homogênea 50,012 48,896 97,7685 3 Heterogênea 50,001 31,691 63,3807

Os valores obtidos para massa específica, índice de acidez e índice de iodo dos experimentos estão dispostos na Tabela 3:

Tabela 3 - Resultado das análises físico-químicas

Propriedades Massa específica Índice de Acidez Índice de Iodo (Unidades) (Kg/m3) (mg KOH/g) (g I2/100g) Limitea 850-900 0,5 Anotar Experimentos (Amostras) 1 881,29 ± 0,16 0,546 ± 0,021 123,03 2 885,83 ± 0,04 0,274 ± 0,014 109,56 3 872,15 ± 0,17 0,175 ±0,004 121,73 a - Resolução ANP Nº 45,2014.

A caracterização do biodiesel, mediante comparação dos espectros dos experimentos com os espectros de biodiesel metílico padrão e o óleo residual utilizado, é mostrada na figuras 1:

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Figura 1- Comparação dos espectros da catálise ácida homogênea, catálise básica homogênea e catálise heterogênea com as amostras de óleo residual e biodiesel padrão

De acordo com os experimentos realizados, o melhor resultado obtido foi o experimento 2, tanto em rendimento mássico, quanto em propriedades físico químicas dentro da especificação da ANP e espectro de infravermelho, sendo esta amostra praticamente coincidente com o espectro de biodiesel padrão.

Em relação aos demais experimentos, o experimento 1 obteve acidez maior que a estabelecida (0,546 mg KOH/g), podendo ser justificado por algum excesso de ácido sulfúrico não reagido ou não neutralizado ao final da reação. Em relação a caracterização por infravermelho, os espectros das amostras 1 e 3 ficaram praticamente coincidentes com o óleo residual utilizado, principalmente em relação aos picos característicos da ligação da carbonila (ligações de 1760 para C=O e 1140 para C-O), indicando que a reação pode não ter ocorrido por completo e que as condições operacionais eram as mais indicadas para produção de biosiesel usando óleo residual.

4 Conclusões

Mediante os resultados obtidos, pode-se concluir que é possível a produção de biodiesel a partir de óleo residual dentro da especificidade exigida pela ANP.

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O melhor processo de produção foi a catálise básica homogênea (experimento 2), no qual obteve-se maior rendimento mássico, espectro de infravermelho semelhante ao biodiesel padrão e análises físico-químicas dentro das normas da ANP.

A análise por infravermelho mostrou que os experimentos 1 e 3 não formaram biodiesel, uma vez que seus espectros foram praticamente coincidentes com o espectro do óleo residual.

5 Agradecimentos/

Apoio financeiro

Os autores agradecem a CNPQ, CAPES e FAPEMIG pelo apoio financeiro.

Referências

ALVES, A. A.; PACHECO, B. T. G. Síntese do biodiesel a partir de óleo residual através da esterificação homogênea dos ácidos graxos livres e transesterificação alcalina.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Alfenas - MG, 2014.

ANP - AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E

BIOCOMBUSTÍVEIS. Resolução no_{45, de 25 de agosto de 2014. Disponível em:}

<http://nxt.anp.gov.br/NXT/gateway.dll/leg/resolucoes_anp/2014/agosto/ranp 45 - 2014.xml>. Acesso em: 25 jul. 2016.

BALABIN, R. M.; LOMAKINA, E. I.; SAFIEVA, R. Z. Neural network (ANN) approach to biodiesel analysis: analysis of biodiesel density, kinematic viscosity, methanol and water contents using near infrared (NIR) spectroscopy. Fuel, v. 90, n. 5, p. 2007-2015, 2011. CORDEIRO, C. S., et al. Catalisadores heterogêneos para a produção de monoésteres graxos (biodiesel). Química Nova, São Paulo, v. 34, n. 3, p. 477-486, 2011.

DIB, F. H. Produção de Biodiesel a partir de Óleo Residual Recilcado e Realização de Testes Comparativos com outros tipos de Biodiesel e Proporções de Mistura em um Moto-gerador. Dissertação: (Mestrado em Engenharia Mecânica). Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica - Universidade Estadual de Paulista, Ilha Solteira - SP, 2010.

GAMA, P. E. et al. Caracterização e atividade catalítica de K2CO3/Al2O3 na

transesterificação do óleo de girassol com aquecimento convencional e micro-ondas. Química Nova, v. 38, n. 2, p. S1-S2, 2015.

INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Óleos e Gorduras. In: Métodos químicos e físicos para análise de alimentos. 4. ed. São Paulo: IMESP, Cap. XVI , p. 593-629. 2005.

SANGALETTI-GERHARD, N.et al. Alkaline-catalyzed ethanolysis of soybean oil ethanolic miscella. Fuel, v. 116, p. 415-420, 2014.