ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Química Verde
Autores
Lavareda, J.P.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Brito, R.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Monteiro, P.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; Braga, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; da Rocha Filho, G.N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ) ; do Nascimento, L.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ)
Resumo
A borra de neutralização resultante do refino do óleo da castanha-do-Pará, sem os devidos cuidados, pode vir a se tornar um problema ambiental, com a contaminação de rios, alcalinização de solos etc. Assim, a utilização deste material como fonte energética poderia se caracterizar como uma alternativa ecológica e economicamente atraente. Os objetivos deste trabalho são desenvolver e aprimorar técnicas de extração de ácidos graxos presentes na borra da castanha, esterifica-los para produção de biodiesel e analisar a qualidade do produto final. Ainda que alguns dos resultados encontrem-se fora da faixa de referência preconizada pela Agência Nacional do Petróleo, é importante lembrar que a matéria-prima utilizada se trata de um rejeito de uma indústria de refino de óleo vegetal.
Palavras chaves
Biodiesel; Esterificação; Borra de neutralização
Introdução
O biodiesel pode ser produzido a partir de óleos vegetais, caracterizando-se como fonte renovável de energia com menor emissão de poluentes comparado ao diesel fóssil, além de poder substituir este sem qualquer alteração nos motores (GERPEN, 2006; HAAS, 2003). A castanha-do-Pará (Bertholletia excelsa), além da destinação ao consumo in natura, possui uma ampla cadeia de produtos e subprodutos, sendo recomendada como matéria-prima para extração de óleo devido ao elevado conteúdo de lipídios (60 a 70%) (FREITAS, 2007). O processo de refino do óleo gera um volume considerável de um rejeito industrial conhecido como borra de neutralização, formada durante a etapa de neutralização dos ácidos graxos livres com hidróxido de sódio. O volume de borra gerado é, aproximadamente, 6% do volume de óleo bruto (PARK, 2008). Portanto, esse subproduto pode ser considerado um problema, devido aos grandes volumes gerados nas indústrias, porém é um produto valioso, quando eficientemente recuperado (DA FRÉ, 2013). Desta forma, o objetivo do presente trabalho é a obtenção de ésteres etílicos a partir da esterificação dos ácidos graxos livres extraídos da borra de neutralização do refino do óleo de castanha-do-Pará.
Material e métodos
A borra de neutralização foi cedida pela empresa Beraca Sabará Químicos e Ingredientes S/A. A caracterização da borra baseou-se no método AOCS Ce2-66 (AOCS, 2009) com cromatógrafo à gas Varian® CP-3800. Na acidificação da borra foram usadas a razão molar ácidos/borra igual a 0,84, temperatura de 85±3 oC, tempo reacional de 50 minutos, utilizando-se um sistema de refluxo composto por balão de duas bocas, chapa de aquecimento com agitador, condensador, termômetro e banho de óleo. Decantou-se o produto por 24h. Lavou-se com 70% m/m de água destilada fervente e decantou-se por mais 24 horas. Descartou-se a água e foram feitas mais 3 lavagens iguais a anterior. Para a esterificação foi utilizada a razão molar ácido graxo/etanol de 1:30 com 5% m/m de H2SO4 (catalisador). Usou-se o mesmo sistema de refluxo descrito acima com tempo de 60 minutos à 90±3 oC. Decantou-se juntamente com 100% m/m de água destilada fervente por 24 horas. Descartou-se a água e seguiram-se mais 2 lavagens. O tempo entre as lavagens era o suficiente para haver nítida separação das fases. Os ésteres foram aquecidos rapidamente até 110oC para a evaporação da água/etanol remanescentes. O teor de ésteres foi analisado segundo a norma ABNT NBR 15764 (2011) com cromatógrafo à gas Varian® CP-3800 e coluna CP-WAX 52 CB de 30m, 0,32mm de diâmetro interno e 0,25μm de filme. Usou-se gás hélio como fase móvel e heptadecanoato de metila como padrão. Para a determinação da viscosidade usou-se o método ABNT NBR 10441 (2014) com viscosímetro Schott® CT52 e capilares de vidro cannon-fenske à 40 ºC, de forma que viscosidade = constante capilar x tempo de escoamento. A densidade em foi determinada por picnometria, de forma que densidade = (massa do picnômetro com amostra - massa do picnômetro vazio)/volume do picnômetro.
Resultado e discussão
A figura 1 apresenta a composição de ácidos graxos presentes na borra com suas respectivas concentrações percentuais. O peso molecular da borra calculado é de 274,58g/mol e foi dado pelo somatório das massas molares de cada ácido graxos multiplicado pela sua respectiva concentração, dividindo-se o resultado final por 100. A figura 2 (A, B e C) mostra o aspecto do processo acidificação para extração de ácidos graxos em 3 diferentes tempos. Pode-se notar em B que houve formação de 3 fases, sendo a fase superior os possíveis ácidos graxos, a intermediária a água ácida e a mais inferior, resíduos sólidos. Ainda na figura 2 (D e E), evidencia-se o aspecto das diferentes fases do processo de decantação dos ésteres etílicos. Em F, o aspecto final dos ésteres após evaporação do excesso de etanol e água. O teor de ésteres etílicos medido foi de 68,73%, abaixo do valor de referência (96,5%) preconizado pela resolução 07/2008 da Agência Nacional do Petróleo (ANP, 2008). Mesmo assim pode-se considerar um resultado satisfatório, visto que a matéria-prima utilizada foi um rejeito de uma refinaria de óleos vegetais. A viscosidade cinemática à 40 ºC foi de 8,8 mm2/s, sendo o intervalo padrão de referência valores de 3,0 à 6,0 mm2/s (ANP, 2008). Esse aumento de viscosidade pode ser explicado pela presença de ácidos graxos ou produtos de degradação que não reagiram. O valor de massa específica encontrado para os ésteres etílicos da castanha foi de 891,31 Kg/m3, portanto dentro do intervalo padrão de referência de 850 a 900 Kg/m3 (ANP, 2008). A presença de impurezas também poderá influenciar na densidade do biodiesel como, por exemplo, o álcool ou substâncias adulterantes (LOBO, 2009). Portanto, conclui-se que a amostra está, possivelmente, isenta de produtos de degradação.
Composição de ácidos graxos presentes na borra com suas respectivas concentrações percentuais.
Aspecto dos processos de separação dos ácidos graxos e ésteres etílicos em diferentes etapas de decantação.
Conclusões
Os resultados mostram que a extração de ácidos graxos livres da borra de neutralização da castanha-do-Pará é possível e promissora. Além disso, foi mostrado também que a esterificação desses ácidos graxos pode ser realizada, caracterizando assim a borra da castanha como uma possível fonte renovável de energia de baixo custo. Com a continuidade dos estudos, pretende-se otimizar o processo de produção a fim de se obter um biodiesel com parâmetros de qualidade os mais próximos possíveis daqueles preconizados pela Agência Nacional do Petróleo.
Agradecimentos
À UFPA (Universidade Federal do Pará), FAPESPA e CNPq pelo apoio financeiro.
Referências
ABNT – NBR 10441 – Associação Brasileira de Normas Técnicas, Resíduos sólidos – Determinação da Viscosidade Cinemática a 40°C, 2014.
ABNT NBR 15764 – Associação Brasileira de Normas Técnicas, Resíduos sólidos – Biodiesel - Determinação do teor total de ésteres. 2011.
ANP (AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS). RESOLUÇÃO ANP Nº 7, 2008.
AOCS Official Method Ce2-66 – American Oil Chemists’ Society (2009), Preparation of Methyl Esters of Fatty Acids, 2009.
DA FRÉ, N.C. Otimização do processo de obtenção de ácidos graxos a partir da borra do refinamento do óleo de soja, subproduto das indústrias de refino de óleo e biodiesel. Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 14, n. 22, p. 113-238, jul/dez 2013
FREITAS, S.P.; FREITAS-SILVA, O.; MIRANDA, I.C.; COELHO, M.A.Z. Extração e fracionamento simultâneo do óleo da castanha-do-Brasil com etanol. Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos. p. 14-17. Campinas, 2007
GERPEN, J.V. Biodiesel production and fuel quality. Biodiesel fuel education
program, University of Idaho, 2006.
HAAS, M.J.; MICHALSKI, P.J.; RUNYON, S.; NUNEZ, A. & SCOTT, K.M. Production of FAME from acid oil, a by-product of vegetable oil refining. The Journal of the American Oil Chemists’ Society, 80: 97-102. 2003.
LOBO, I. P.; Ferreira, S. L. C.; BIODIESEL: PARÂMETROS DE QUALIDADE E MÉTODOS ANALÍTICOS. Quim. Nova, Vol. 32, No. 6, 1596-1608, 2009.
PARK, J. et al. Production of biodiesel from soapstock using an ion-exchange resin catalyst. Korean Journal of Chemical Engineering, v. 25, n. 6, p. 1350-1354, 2008.
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