Produção de biodiesel etílico de Andiroba (Carapa Guianensis) via transesterificação in situ

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Orgânica

Autores

Thomaz, K. (UEPA) ; Bastos, R. (UFPA) ; Conceição, L. (UFPA) ; Zamian, J. (UFPA) ; Pontes, R. (UFPA)

Resumo

Foi estudada a produção de ésteres etílicos de óleo de andiroba através da reação de transesterificação in situ. As variáveis do processo foram as razões molares óleo:alcool e óleo:hexano. Foram utilizados 25g de semente, 3,5% (m/m) de catalisador NaOH, temperatura de 62°C, agitação constante e tempo de reação de 3h. Inicialmente foram realizados ensaios para obtenção da melhor proporção óleo:hexano enquanto a proporção óleo:etanol foi fixada. Os ésteres etilicos foram lavados com água destilada, para a secagem do material foi utilizado 5% de sulfato de sódio anidro. A condição ótima de reação foi alcançada utilizando razão molar óleo:hexano de 1:25 e a razão óleo:etanol de 1:250, o produto final atingiu valor máximo de teor de éster de 97%.

Palavras chaves

Andiroba; transesterificação insitu; Etanol

Introdução

Biodiesel é o nome dado a ésteres alquílicos de ácidos graxos, desde que atendam certos parâmetros de qualidade (ASTM, 2014). Esses ésteres são derivados de fontes biológicas, como plantas e animais, e atuam como combustível substituto ao diesel de petróleo, com desempenho muito próximo, não exigindo modificações nos motores. Os principais processos químicos utilizados para a produção de biodiesel são o craqueamento, a esterificação e a transesterificação. A reação de transesterificação é a mais utilizada, consiste em reagir óleos vegetais ou gordura animal, previamente extraídos, com um álcool e um catalisador visando a produção de ésteres alquílicos e glicerina como subproduto. Outro tipo de reação para a produção de biodiesel é a transesterificação in situ, técnica que dispensa a etapa de extração do óleo. A rota convencional utiliza os óleos refinados, o que resulta em 70% do custo de produção de biodiesel (GAMA et al., 2010). Uma alternativa para a redução dos custos seria a utilização do método de transesterificação in situ, que dispensa as etapas de extração e purificação do óleo, realizando a transesterificação diretamente das sementes oleaginosas. Qian et al., (2008), relatou a transesterificação in situ de sementes de algodão com metanol via catálise básica com NaOH e a utilização de co-solvente no processo de produção, onde foram obtidos conversão e rendimento mássico em ésteres de 98% e 99%, respectivamente. O presente trabalho apresenta a produção de biodiesel etílico a partir do óleo bruto das sementes de andiroba (Carapa Guianensis), por transesterificação in situ. O óleo de andiroba apresenta um alto teor em ácidos graxos insaturados (58,65%) e uma composição química baseada principalmente nos ácidos graxos óleico, palmítico, linoléico e esteárico.

Material e métodos

Os reagentes utilizados foram Álcool Etílico (Nuclear P.A., 99,5%), Hexano (Nuclear P.A., 99%), Hidróxido de Sódio (Dinâmica P.A., 97%), Sulfato de Sódio Anidro (Dinâmica, 99%), Heptadecanoato de Metila, Hidróxido de potássio. E a matéria prima foram as sementes de andiroba. As sementes foram descascadas cortadas e submetidas a secagem em estufa a 50 °C durante três dias. Após a secagem foram trituradas em um moinho de facas e mantidas em um dessecador. Foi previamente verificado o teor de óleo das sementes. Foi realizada a caracterização físico química do óleo, viscosidade cinemática de acordo com o método ASTM D 446, incide de acidez de acordo com o método AOCS Cd 3d-63, matéria insaponificável de acordo com o método AOCS Ca 6b-53 e determinação de umidade por método gravimétrico. Para a produção dos biodieseis a quantidade de catalisador (NaOH) foi fixada em 3,5% em relação à massa de óleo contida na semente. O tempo de reação foi de 3 horas e a quantidade de semente em 25g para todas as reações, sob refluxo e agitação constante. As sementes colocadas em um balão de fundo redondo, em seguida foi preparada uma solução dissolvendo a massa de catalisador (NaOH) no álcool. A solução foi adicionada ao balão e posteriormente o hexano também foi adicionado ao meio reacional. Ao final da reação o excesso de solvente foi retirado em evaporador rotativo. A fase éster foi lavada com água destilada a 90° C. Foram realizadas 8 lavagens com 30 mL de água cada. Para a secagem foi utilizado sulfato de sódio anidro, 5% em relação à massa de óleo. O teor de éster foi obtido por cromatografia gasosa segundo o método EN 14103, a viscosidade Cinemática a 40 °C foi determinada de acordo com o método ASTM D 445 e o índice de acidez foi calculado pelo método EN 14103.

Resultado e discussão

Da extração de 25g sementes de andiroba com hexano, foram obtidos 12,5g de óleo bruto, o que corresponde a um rendimento de 50%. Para catalise básica recomenda se que o óleo possua indice de acidez inferior a 3,0 mgKOH/g. O óleo de andiroba em questão apresentou valor de índice de acidez de 2,4 mgKOH/g. O teor de umidade das sementes foi de 0,3% valor considerado baixo podendo ser realizada a catalise básica. O óleo apresentou um valor relativamente baixo de matéria insaponificável 0,68%. O óleo de andiroba possui uma viscosidade a 40 °C de 45 mm2/s. As razões óleo:hexano testada foram 1:12,5, 1:25, 1:50, 1:100. A menor razão apresentou 85% de teor de éster, valor abaixo do exigido pela ANP que admite teores de éster acima de 96,5%. A melhor razão foi de 1:25 que alcançou teor de éster de 97%. Na tabela 1 é possível observar que o teor de éster não sofre grande alteração nas reações que utilizam razão de 1:25, 1:50 e 1:100. As razões 1:25 e 1:50 oferecem valores de rendimento e pureza semelhantes, sendo assim a menor razão é vantajosa pelo menor consumo de reagente sem perda significativa da eficiência. A razão óleo:hexano foi fixada em 1:25. As razões óleo:etanol testadas foram, 1:125, 1:187,5, 1:250. O produto da menor razão molar apresentou os menores valores de conversão cerca de 66,4%. Na tabela 2 é possível observar que os valores de teor de éster e o rendimento aumentam conforme o volume de etanol também aumenta. Em todas as reações é possível observar que os valores de viscosidade diminuíram significativamente. Todos os produtos apresentaram valor de viscosidade cinemática dentro do limite exigido pela ANP, cujo valor admitido deve estar entre 3,0-6,0 mm2/s. . O aumento no tempo de reação não promoveu mudanças significativas em nenhum dos parâmetros analisados.

Parâmetros físico químicos das amostras de biodiesel com variação na proporção molar óleo:hexano.


Valores de viscosidade cinemática e índice de acidez das amostras de biodiesel com variação na proporção molar óleo:etanol.

Conclusões

As reações foram realizadas utilizando etanol e hexano como co-solvente. Sob a melhor condição reacional, foram atingidos valores máximos de teor de éster de 97% e rendimento de 84%. A condição ótima de reação é quando as sementes são transesterificadas com razão molar óleo:etanol de 1:250 (213 ml), 3,5% de NaOH, temperatura de 62 °C, razão molar óleo:hexano de 1:25 (45 ml), durante 3h sob refluxo e agitação constante. Os resultados são promissores e mostram que se as condições de reação são melhoradas, a produção de biodiesel pode ser realizada.

Agradecimentos

Agradecimentos ao Laboratório de catalise e óleo química (LCO), ao Laboratório de pesquisa e analise de combustivel (LAPAC) a CAPES e a Universidade Federal do Pará (

Referências

GAMA, P. E.; GIL, R. A. DA S. S.; LACHTER, E. R.; Produção De Biodiesel Através De Transesterificação In Situ De Sementes De Girassol Via Catálise Homogênea E Heterogênea. QuimIca Nova, Vol. 33, No. 9, 1859-1862, 2010.

QIAN, J.; WANG, F.; LIU, S.; YUN, Z. In situ alkaline transesterification of cottonseed oil for production of biodiesel and nontoxic cottonseed meal. Bioresour Technol 2008;99:9009–12.
ZAKARIA, Rabith; HARVEY, Adam P.; Direct production of biodiesel from rapeseed by reactive extraction/in situ transesterification. Fuel Processing Technology. p. 53-60, 2012.