dialnet-estudodeviabilidadetecnicadaproducaodebiodieseldeb-4901226

7/23/2019 Dialnet-EstudoDeViabilidadeTecnicaDaProducaoDeBiodieselDeB-4901226

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434Revista da Universidade Vale do Rio Verde, Trs Coraes, v. 12, n. 2, p. 434-443, ago./dez. 2014

ESTUDO DE VIABILIDADE TCNICA DA PRODUO DE BIODIESEL DEBABAU: UMA REVISO CRTICA

Mitchell Gonzlez Soares da SILVA1 Kerlen Jacqueline Nunes FERREIRA2

Mayara Mondego TEIXEIRA3 Fernando Carvalho SILVA4 Adeilton Pereira MACIEL5

1Mestrando pelo Programa de Ps-Graduao em Qumica da Universidade Federal do Maranho em So Lus.E mail: [email protected] pelo Programa de Ps-Graduao Energia e Ambiente da Universidade Federal do Maranho em So Lus.E-mail: [email protected] pelo Programa de Ps-Graduao em Qumica da Universidade Federal de So Carlos.E-mail: [email protected] do Programa de Ps-Graduao em Qumica da Universidade Federal do Maranho em So Lus. Doutor emQumica. E-mail: [email protected] do Programa de Ps-Graduao Energia e Ambiente da Universidade Federal do Maranho em So Lus.

Doutor em Qumica. E-mail: [email protected] em: 28/05/2014 - Aprovado em: 19/09/2014 - Disponibilizado em: 15/12/2014

RESUMO: Neste trabalho analisamos a viabilidade tcnica da produo de biodiesel a partir do babau como matria-prima. Atualmente, a principal utilidade do babau consiste na produo de leo, para fins culinrios e industriais.Porm, foi observado que as propriedades fsico-qumicas do leo de babau, aliadas a sua composio, favorecem aobteno de biodiesel de alta qualidade. Alm disso, aos resduos do coco babau podem ser agregados valorespecunirios, enriquecendo a cadeia produtiva de biodiesel de babau.

PALAVRAS-CHAVE: babau, biodiesel, transesterificao.

TECHNICAL FEASIBILITY STUDY OF BABASSU BIODIESELPRODUCTION: A CRITICAL REVIEW

ABSTRACT: In this work we analyzed the technical feasibility of the biodiesel production from babassu as rawmaterial. Currently, the main usefulness of the babassu consists of the vegetable oil production, for culinary andindustrial purposes. However, it was observed that the physiochemical properties of the babassu oil, allied with itscomposition, lead to obtaining high quality biodiesel. In addition, the residues of the babassu coconut can be aggregatedmonetary values, to enriching the productive chain of babassu biodiesel.

KEYWORDS: babassu, biodiesel, transesterification.

INTRODUOA utilizao de combustveis de fontes

renovveis tem sido incentivada pelanecessidade de reduzir os impactos causadospor combustveis de origem fssil. Dentre asfontes de energias renovveis, uma bastanteconsolidada no Brasil o biodiesel, um

biocombustvel que reduz a emisso de gases

poluentes e diminui a dependncia energticado diesel de petrleo.

A reao de transesterificao oprincipal mtodo de obteno de biodiesel, noqual leos e gorduras reagem com lcoolproduzindo biodiesel e glicerina. O principalobjetivo dessa transformao obter um

combustvel com especificaes aceitveis(Resoluo ANP n 7) para substituir o diesel,


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visto que o leo no pode ser utilizadodiretamente no motor dos veculos, devido aalta viscosidade e densidade por exemplo.

Dentre as diversas fontes renovveis

de biomassa, o babau possui pontosfavorveis para produo do biodiesel, suasamndoas possuem um teor de 66% de leo eas demais partes do fruto podem serreaproveitas para diversos fins, tais como:suplementao alimentar, produo de etanole carvo vegetal (SILVA, A., 2011). O

biodiesel de babau possui resistncia aoxidao e baixas densidade e viscosidade,devido a composio majoritria de steressaturados e de menor massa molecular(SILVA, F., 2010). Porm, alguns problemasem relao a utilizao desta matria-primaprecisam ser discutidos, como a forma deextrao artesanal das amndoas que afeta aproduo do leo, e o uso simplificado dofruto como carvo vegetal em algumasindstrias (IBGE, 2011).

Este trabalho tem como objetivo exporo cenrio do babau, discutindo aspectostcnicos acerca da sua total utilizao, comresultados da literatura, de modo a verificar aviabilidade tcnica da produo de biodiesel apartir desta matria-prima.

MATRIAS-PRIMAS

BabauApalmeira de babau (Orbignya sp )

da famlia das palmceas Arecaceae . Seufruto composto por uma parte externa

fibrosa (epicarpo), uma intermediaria fibrosa-amilcea (mesocarpo) e uma parte internalenhosa (endocarpo), onde se encontram asamndoas (DA SIVA, 2011; SILVA, A.,

2011).O Estado do Maranho o maior

produtor da amndoa do coco babau, comuma produo de 97 820 toneladas em 2012,que representa 93,9% da produo nacional(IBGE, 2013). O extrativismo do coco temdiminudo nos ltimos anos, coincidindo com

a implementao de programas sociais doGoverno Federal.

Caractersticas Fsico-Qumicas do leoO leo de babau apresenta excelentes

propriedades fsico-qumicas que favorecemsua utilizao como matria-prima paraproduo de biodiesel, visto que oferece umproduto com especificaes melhores que asoja (matria-prima mais utilizada no Brasil).O babau oferece um produto com menoresviscosidade e densidade e um maior nmerode cetano.

O leo de babau tem comocomponente majoritrio o cido lurico(C12:0), ster saturado de cadeia carbnicamdia. A presena de cadeias saturadas numleo tende a aumentar sua estabilidadeoxidativa, pois a no presena de duplasligaes confere a este leo resistncia aoxidao. Como o babau compostopredominantemente de steres saturados, o

biodiesel de babau apresenta altaestabilidade oxidativa (SANTOSet al., 2009).


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A viscosidade uma propriedade que est relacionadacom o tamanho da cadeia carbnica do ster ou daquantidade de duplas ligaes, quanto menor a cadeia emais duplas ligaes tiver o ster, menor ser aviscosidade. No caso do leo babau, consideramos o

fato de ter uma cadeia menor que o componentemajoritrio dos demais leos, e assim o leo possuiuma menor viscosidade. Podemos ver na

Tabela 1 que o biodiesel de babau,quando comparado ao biodiesel de soja e depalma, foi aquele que apresentou o maiorvalor de nmero de cetano, propriedade queest relacionada com a qualidade de ignio,de forma que uma combusto de boaqualidade ocorre com rpida ignio, seguidade uma completa combusto. Quanto maior ondice de cetano, melhor sua combusto nomotor diesel, pois o motor atinge rapidamentea temperatura de trabalho (ZUNIGAet al. ,2011).

Tabela 1 - Composio e propriedades do biodiesel debabau, soja e palma

ster BabauA SojaB PalmaC C8:0 4,54 - -C10:0 4,25 - -C12:0 44,14 0,21 0,3C14:0 14,47 0,71 1,0C16:0 9,38 15,08 38,1

C16:1 - 0,83 0,2C18:0 4,40 12,09 4,1C18:1 14,04 19,79 44,2C18:2 2,83 40,95 11,0C18:3 - 4,39 0,3 C20 - 2,98 0,8

Viscosidade. (cSt) 4,2 5,19 4,56Densidade (kg/m3). 870 874 855,5Nmero de cetano 63,7 49 61

A - DA RSet al. (2014); B - QI E LEE (2014);C - ABEDINet al. (2014);

Fonte: Autores

A composio do biodiesel estdiretamente ligada a composio do leo queo originou. Suas propriedades fsico-qumicas

tambm esto associadas s propriedades doleo, como viscosidade, densidade eestabilidade oxidativa que podem serexplicadas e/ou estimadas.

lcooisOs lcoois primrios de cadeia curta

(metanol e o etanol) so os mais utilizados noprocesso de transesterificao de leos egorduras.O etanol menos agressivo por seroriundo principalmente de fonte renovvel, e um combustvel de utilizao ampla noBrasil. Contudo, o metanol prefervel,devido seu menor custo e apresentarvantagens operacionais para produo debiodiesel, por exemplo, maior facilidade naseparao dos produtos (biodiesel e glicerina).Dessa forma, a produo nacional debiodiesel feita quase em sua totalidadeutilizando metanol, que torna o processo maisbarato.

PRODUO DE BIODIESELA Figura 1 mostra o grfico de

produo anual de biodiesel no Brasil entre osanos de 2005 e 2013.


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Figura 1 - Produo Anual de Biodiesel no Brasil

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

( 1 0

3 m

3 )

Ano Fonte: ANP (2014)

Mesmo nesse cenrio de crescimentonacional, importante ressaltar a noparticipao de alguns estados brasileiros(Par, Piau e Maranho) na produo desde2011, o que mostra que a produo aindapode ser maior que os ndices atuais.

Reao de Transesterificao

A transesterificao o mtodo maisutilizado para a produo de biodiesel, ondeas matrias-primas utilizadas so de origemvegetal ou animal. A transesterificaoconsiste em reagir um ster com um lcool, demodo a produzir outro ster e lcooldiferentes.

A Figura 2 mostra o esquema dareao de transesterificao, onde um mol dotriglicerdeo reage com 3 mols de metanolformando 3 mols de steres de cido graxo e1 mol de glicerol.

Figura 2 - Reao de Transesterificao

Fonte: Autores

A reao de transesterificao bastante verstil quanto a catlise, que podeser homognea, heterognea ou enzimtica.

Catlise HomogneaA catlise homognea a principal

rota cataltica na reao de transesterificao,a mesma ainda pode ser subdividida em cidaou alcalina. As bases fortes como hidrxidode sdio (NaOH) e hidrxido de potssio(KOH) so os catalisadores mais utilizados noprocesso de converso dos leos e gorduras.

Estes catalisadores so mais utilizados poralgumas razes importantes, tais comodiminuioconsidervel do tempo de reaoem temperaturas e presses atmosfrica maisbaixas, alm da alta disponibilidade e menorpreo.

A catlise homognea cida surge

como soluo para a limitao daspropriedades dos catalisadores alcalinos, poisneste tipo de catlise no h produo desabo. Os catalisadores mais utilizados so ocido sulfrico (H2SO4) e o cido clordrico(HCl)(LAMet al., 2010).Uma vantagem emrelao catlise homognea alcalina que o

catalisador cido no sensvel presena decidos graxos livres na matria-prima, e ainda


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pode catalisar simultaneamente as reaes deesterificao e transesterificao, melhorandoo rendimento dos steres(LAMet al., 2010).Porm, a aplicao industrial da catlise cida

fica limitada por alguns fatores, tais comotaxa de converso mais lenta, a necessidadede temperatura reacional maior, neutralizaodo catalisador e razo molar (leo:lcool)elevada, alm de causar problemas decorroso nos reatores (LAMet al., 2010).

A Tabela 2 mostra alguns trabalhos

reunidos da literatura que mostram a obtenode biodiesel de babau com catalisadoreshomogneos bsicos (mtodo utilizadoindustrialmente).

Tabela 2 - Biodiesel de Babau via catlise homognea

Cat. %Cat. lcool Razo TE Ref

NaOH 0,5 MeOH 100g leo/

20g MeOH71,8%

ANaOH 0,5 EtOH 100g leo/40g EtOH 62,2%

KOH 1,0 MeOH 1:6 (leo:MeOH) 92% B

KOH 1,0 MeOH+EtOH1:6

(mol/mol) - C

KOH 1,0 MeOH 1:6(mol/mol) 97,4% D

KOH 1,0 MeOH 100:33(m/m) 91% E

KOH 1,0 EtOH 1:6(mol/mol) >97% FKOH 1,5 MeOH 1:4 98,8%

GKOH 1,5 MeOH+EtOH 1:4 97,2%

KOH 1,5 MeOH+EtOH 1:4 98,7%

KOH 1,5 MeOH+EtOH 1:4 99%

A - LIMAet al . (2007); B - SANTOS (2008);C - SANTOSet al . (2011); D - SANTOS et al. (2007);E - OLIVEIRAet al . (2006); F - PAIVAet al . (2013);G - SILVA, F.et al . (2010)Fonte: Autores

A catlise homognea alcalina empregada industrialmente porque oscatalisadores obtm altos rendimentos emtemperatura ambiente, pouco tempo reacional

(30 minutos) e sem necessidade de uso dereatores de alta presso, tornando os custos deproduo mais baixos.

Catlise HeterogneaA catlise heterognea apresenta

vantagens em relao a homognea, a mais

importante delas a fcil separao docatalisador dos produtos da reao atravs deuma simples filtrao, evitando o processo deneutralizao e lavagem que geraramefluentes industriais que causam um maiorimpacto ao meio ambiente. Podemos destacartambm a possibilidade de reaproveitamentodo catalisador, diminuindo os custos deproduo.

Vrios catalisadores heterogneosbsicos foram desenvolvidos para seremutilizados na reao de transesterificao,entre eles as zelitas bsicas, hidrotalcitas exidos de metais alcalino-terrosos(LAMetal., 2010; LEE e WILSON, 2014). Entreestes, os xidos de metais alcalino-terrosostm se destacado, principalmente o xido declcio (CaO), devido sua fora bsica, baixasolubilidade em metanol e a facilidade de serobtido a partir de matrias-primas baratascomo calcrio (LEE e WILSON, 2014).

A Tabela 3 mostra alguns trabalhos

empregando catalisadores heterogneos naobteno de biodiesel de babau.


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Tabela 3 Biodiesel de Babau via catliseheterognea

Cat. %Cat. lcool Razo TE (%) RefBa(OH)2. H2O 0,2 MeOH 1:12 97,5

ABa(OH)2. 8H2O 1 MeOH 1:12 95CaO 1 MeOH 1:12 96,5MgO 1 MeOH 1:12 91,5

CoO/Al2O3 2,5 1:6 98,2 BBa-Al2O3 2 MeOH 1:11 >90 C

SrO 1,5 MeOH100g

leo/ 20gMeOH

98,5 D

Cr2O3 / Al2O3 5 MeOH40g leo/

32gMeOH

96,5 E

A - MOUZINHO (2007); B - CALAND (2009);C - TAVARES (2010); D - MOURAet al . (2010);E - LIMAet al . (2011)

Fonte: Autores

Os resultados desses trabalhosmostram que os catalisadores podem seequiparar aos catalisadores homogneosquanto a converso em steres. Porm, paraobter esses resultados, as condies reacionais

precisam ser mais rigorosas, com altastemperaturas e/ou maiores presses. Almdisso, o tempo reacional bem maior, comalguns casos chegando a 16h ou mais,aumentando o custo do produto final. Quantoa quantidade de catalisador, podemosobservar que na catlise heterognea essevalor geralmente maior, o que a prioripoderia ser considerado um ponto muitonegativo, mas como o mesmo facilmenteseparado dos produtos aps a reao, e apsum simples tratamento o catalisador pode serreutilizado no processo de transesterificao,os custos da produo poderiam ser reduzidosconsideravelmente. Outro ponto positivo nacatalise heterognea a no produo de

efluentes resultantes da neutralizao elavagem do biodiesel (procedimentoobrigatrio na catlise homognea), trazendouma economia na gesto de resduos e

evitando um impacto ambiental considervel.

RESDUOS E SUBPRODUTOS DAINDSTRIA DE BIODIESEL

O processo de produo industrial paraproduo de biodiesel via Transesterificao,envolve as etapas de preparao da matria

prima (produo do leo vegetal), reao,separao de fases, recuperao edesidratao do lcool, purificao dos sterese da glicerina. Contudo, em todas as etapas deproduo so originados resduos esubprodutos.

Subprodutos do Coco BabauA literatura cita mais de 59

subprodutos obtidos do coco babau,entretanto, industrialmente somente quatrosubprodutos tm apresentando utilizao maisexpressiva, sendo: o leo de babau e a torta(farelo) obtidos da prensagem das amndoasdo coco babau, a farinha amilcea obtida domesocarpoe a biomassa utilizada paraproduo de carvo vegetal, gerao deenergia obtida do epicarpo (casca) eendocarpo (BANIN, 2012).

A principal utilidade do babauconsiste na produo de leo, para finsculinrios e industriais. A torta (farelo) tem

aproveitamento como componente proteicoem raes para alimentao animal. O


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mesocarpo ou polpa, rico em amido e fibras,pode ser utilizado para fazer farinha(consumo humano), raes, fertilizantes ouainda biocombustvel (etanol a partir do

amido). O endocarpo a parte interna do fruto usado como biomassa no geral e em particularpara fabricao de carvo para finsdomsticos, bem como industriais, que temqualidades superiores a de outras fontes deorigem vegetal. O epicarpo ou casca, materialfibroso ligno-celulsico que constitui 11% do

peso do fruto, pode ser usado como biomassapara produo de biocombustvel ou paraqueima direta em caldeiras (ALMEIDA, 2007e BANIN, 2012).

Resduos da produo de Biodiesel deBabau

Resduos da extrao do leo de BabauDe acordo com Almeida (2007), a

extrao do leo pode ser feita atravs daextrao mecnica ou com solvente, nesteltimo a extrao mais eficiente, pois retirao teor residual de leo na torta. Oesmagamento do coco babau produz doistipos de leos: um para fins comestveis eoutro para fins industriais (leo lurico). Oprocesso de extrao mecnica compreende asfases de limpeza, descascamento, moagem,cozimento, prensagem das sementes, filtraode leo e moagem da torta (massa).

A limpeza consiste na primeira

operao necessria para preparar a matriaprima antes da extrao do leo. So

utilizadas peneiras para separao dassementes de materiais estranhos como pedras,material orgnico, terra e etc. Nodescascamento das sementes so utilizados

equipamentos para retirada das cascas comoquebradores e peneiras de separao. Emsementes com altos teores de leo, pode-sedispensar a moagem, que utilizada parafacilitar o cozimento e a prensagem. Ocozedor construdo de cmaras de vaporsaturado, onde ocorre a liberao das

partculas de leo contidas nos invlucroscelulares. A prensagem pode ser realizada deforma continua e descontnua, com afinalidade de liberao do leo. Nesta etapa gerada uma massa residual denominada torta,material rico em protena, que serposteriormente moda. Para garantir aqualidade do leo extrado feito a filtraodeste utilizando-se filtro prensa, filtro deplacas verticais para retirar partculaspresentes no leo antes de destinar paraestocagem. No processo de beneficiamento daamndoa para obteno do leo so geradosalguns resduos, como: gerao departiculados na etapa de limpeza; resduos decasca e poeira no descascamento dasamndoas; torta e demais resduos aindapresente no leo proveniente das etapas deprensagem e filtrao, respectivamente.

Resduos do refino do leo de Babau eProduo de Biodiesel

O refino do leo vegetal visa separarsubstncias indesejveis dos leos brutos que


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possam afetar as propriedades a qualidade doleo. O processo de refino dividido emetapas, as quais variam conforme algunsaspectos e a aplicao que se deseja dar ao

produto final (LUZet al ., 2011). Para aproduo de biodiesel as etapas bsicas derefino so a degomagem e neutralizao doleo. Geralmente o processo de degomagem feito junto com a neutralizao.

A degomagem caracterizada pelaremoo das gomas (fosfatdeos hidratveis),

ceras e substncias coloidais. Naneutralizao ocorre a remoo dos cidosgraxos livres com NaOH, remoo defosfatdeos residuais (no hidratveis) ecorantes (clorofila, carotenides)(STOJKOVI et al. , 2014).

No processo de transesterificaoocorre a formao de glicerina residual e osacilglicerdeos, lcool no reagido,substncias sulfuradas e fosfticas, cidosgraxos livres, mono ediacilglicerdeos (produtos de reao parcial),resduos de catalisadores, gua acidificada eparte do leo que no foi convertido noprocesso (GAZZONI, 2013). Para indstria deproduo de biodiesel o principal resduo aglicerina bruta, tendo em vista que, o processode produo de biodiesel gera cerca de 10%(base mssica) desse resduo (ANGet al., 2014). Com os incentivos governamentais, obiodiesel tem alcanado larga escala deproduo. Com o crescente volume de

produo, o fator preocupante nesse processo o destino da glicerina bruta excedente. Os

mercados consumidores da glicerina bruta(indstrias de resina, txtil, cosmticos, etc.)apresentam capacidade de absoro limitada,principalmente pelo fato dos custos de

purificao, pois a glicerina bruta necessita depurificao (ZENATTI, 2011).

CONSIDERAES FINAISAs propriedades fsico-qumicas do

leo de babau, aliadas a sua composio,favorece a obteno de biodiesel de alta

qualidade. Alm disso, aos resduos do cocobabau podem ser agregados valorespecunirios, enriquecendo a cadeia produtivade biodiesel de babau.

Sendo assim, o babau figura comouma excelente matria-prima para produode biodiesel, principalmente, na regio doscocais, onde essa palmeira nativa.

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