Produção de biodiesel por rotas etílicas e metílicas promovidas por irradiação de micro – ondas oriundas de um forno doméstico não modificado

Abstract

Neste trabalho está descrito uma nova metodologia para a produção de biodiesel (ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos) a partir do emprego de diversos óleos vegetais na sua forma “bruta”, assim como óleos residuais oriundos de processo de fritura e também gordura animal (sebo) como material de partida. Além deste desafio, procurou-se realizar as reações de transesterificações em um processo acelerado por irradiação das micro-ondas obtidas a partir de um forno de micro-ondas doméstico, o qual não sofreu adaptações, tais como: inserção de um sistema de agitação e também de refluxo, para ser utilizado em reações químicas. O primeiro passo do trabalho incluiu a utilização dos diferentes óleos vegetais brutos, isto é, desprovidos de processo de refino e de degomagem, para a produção de biodiesel. Para tanto foi necessário o desenvolvimento de uma metodologia que permitisse a purificação desses óleos vegetais brutos, pois estes podem conter substâncias, como a água, os ácidos graxos livres (AGL) e os ésteres de fósforos (fosfatídicos) que são inibidoras do processo de transesterificação. Na busca por uma técnica que permitisse a prévia purificação desses óleos vegetais, foram testados e obtidos excelentes resultados, quando foi realizada a sua filtração em sílica gel 60 Mesh. A polaridade dessa sílica oriunda dos grupos silanóis permitiu com grande êxito a retenção de AGL e dos ésteres de fósforo, além do seu alto poder de adsorção, reduzindo de maneira significativa o teor de água presente nesses óleos vegetais. O fator limitante para o emprego da sílica gel comercial nos processos de purificação das diversas oleaginosas foi o seu alto custo, o que tornava inviável o processo de purificação. Após diversos estudos e tentativas de encontrar um processo que substituísse a sílica gel comercial anteriormente empregada, foi realizado a síntese de uma nova sílica gel a partir do emprego de areia de construção e de carbonatos, sendo um processo simples e de baixo custo. Os resultados obtidos no processo de purificação dos óleos vegetais brutos empregando sílica gel “sintética” foram similares aos da sílica gel “comercial”, o que levou o emprego desse processo de purificação de maneira sistemática no preparo de matéria-prima (reagentes) para posterior transesterificação. Os bons resultados permitiram testes dessa nova metodologia de purificação em óleos e gorduras residuais (OGR) oriundos de processos de fritura. Nesses óleos foram encontrados um número bem maior de subprodutos (impurezas) que podem inibiriooooooo65t\azs NM de maneira parcial ou total o processo de transesterificação. Dessa forma, a purificação dos OGR tornou-se um grande desafio para a sílica gel “sintética”. Entre as impurezas contidas nesses óleos residuais, podemos destacar os AGL, água e os produtos oriundos da degradação oxidativa e térmica (peróxidos, aldeídos, cetonas, furanos, monômeros cíclicos e não cíclicos) dos óleos vegetais. Os OGR foram purificados com excelentes resultados por filtração sob sílica gel “sintética” em um processo realizado a temperatura ambiente. Além dos óleos residuais puros, nesse processo foi obtida a gordura animal, a qual ficou retida sobre a sílica sintética dentro do funil de filtração. Essa gordura animal foi posteriormente purificada por filtração a 60 ºC também em sílica gel sintética e assim como o óleo residual utilizada como material de partida na síntese de biodiesel. Vale ressaltar que os bons resultados alcançados no processo de purificação sob sílica gel sintética e a necessidade crescente de matéria-prima (óleos vegetais), incentivou a ampliação do programa de coleta de óleo e gorduras residuais (OGR) na cidade de Diamantina/MG, intitulado como “Doe Energia” e implantado em 2006. Tanto os óleos vegetais brutos, como os óleos residuais e a gordura animal purificados em sílica gel sintética foram transesterificados a biodiesel (metílico ou etílico) em alcoolatos (metanolatos e etanolatos) previamente preparados “in situ” a partir da solubilização de NaOH ou KOH em metanol ou etanol. Neste processo ocorreu a adição do alcoolato sobre o material de partida, sendo a reação conduzida sob irradiação de micro-ondas doméstica a 240 W durante dez minutos e acompanhada por cromatografia em camada delgada (CCD). Os produtos da reação (biodiesel e glicerina) foram separados por decantação em funil de separação, sendo o biodiesel (etílico ou metílico) posteriormente lavado até pH neutro, seco em Na2SO4 e purificados por destilação a pressão reduzida. A caracterização do biodiesel produzido foi realizada por métodos espectrométricos como a RMN1H e 13C, além disso, o controle de qualidade do biodiesel produzido foi realizado empregando técnicas analíticas seguindo as normas preconizadas pela Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). A glicerina foi purificada, através de um prévio tratamento com adição de ácido sulfúrico ou clorídrico, gerando o AGL, biodiesel e sulfatos ou cloretos de metais alcalinos como co-produtos. Alguns desses sais como o sulfato de sódio foi posteriormente purificados por recristalização e utilizados como dessecantes para o próprio biodiesel. A eficiência da metodologia empregando irradiação de micro-ondas doméstica, levou ao estudo do seu uso em reações in situ, ou seja, transesterificação direta das sementes e dos frutos de oleaginosas, tais como a soja e a mamona. Esse processo consiste em uma desidratação prévia dos frutos ou sementes a uma temperatura de 80 ºC durante 8 horas. O alcoolato preparado foi adicionado sobre os frutos ou sementes triturados e secos e a mistura foi agitada com o auxílio de um agitador mecânico a 7500 rpm durante 10 minutos a temperatura ambiente, a fim de homogeneizar a mistura reacional. Essa mistura foi levada a um forno de micro-ondas doméstico e irradiada a 240 W durante 10 minutos em um processo acompanhado por CCD. Após esse período a massa reacional foi filtrada sob vácuo, a fim de eliminar o resíduo vegetal sólido (torta). A solução resultante foi transferida para um funil de separação, onde ocorreu após poucos minutos, a separação do biodiesel (fase superior) da glicerina (fase inferior) por simples decantação. Os produtos foram separados por decantação e tanto a glicerina como o biodiesel (etílico ou metílico) foram purificados e caracterizados. O rendimento em biodiesel foi de aproximadamente 96% no emprego de sementes de soja e de 97% empregando sementes de mamona.