Conversão e caracterização de ésteres metílicos produzidos via transesterificação de óleo de Chlorella sp

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Cruz, N. (UFMA) ; Mendonça, S.J.R. (UFMA) ; Oliveira, M.V.S. (UFMA) ; Mendonça, C.J.S. (UFMA) ; Santos, A.M.C.M. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA)

Resumo

O presente trabalho teve como objetivo obter e caracterizar ésteres metílicos pelas vias: transesterificação de extrato lipídico de chlorella sp e pela transesterificação da biomassa de chlorella sp in situ. O extrato lipídico foi obtido em reator de alta pressão, com 50 g de biomassa seca e 150 ml de metanol, a 60ºC e 500 RPM, 30 minutos. A mistura foi agitada com 100 ml de hexano por 60 minutos e filtrada. O solvente foi evaporado a 60ºC até atingir peso constante. As reações de transesterificação foram realizadas em reator parr a 150ºC durante 180 minutos. Os ésteres foram caracterizados por CG-MS. As conversões do óleo e da biomassa in situ em ésteres metílicos, foram, 84,32% e 82,27% respectivamente. Confirmou-se a obtenção de uma mistura de ésteres metílicos.

Palavras chaves

Ésteres metílicos; Chlorella sp; Extrato lipídico

Introdução

Os problemas ambientais causados pelos combustíveis fósseis e o possível esgotamento na base de obtenção dos mesmos, são fatores que motivam a busca por combustíveis sustentáveis e renováveis. O biodiesel pode ser uma opção viável à substituição de combustíveis fósseis, por apresentar características favoráveis ao meio ambiente no que se refere à redução dos impactos ambientais. Biodiesel consiste na mistura de ésteres de ácidos graxos provenientes de óleos vegetais, resíduos de óleos e gorduras de origem animal (ANP, 2014). Ácidos graxos são extraídos principalmente de plantas oleaginosas, tais como óleo de soja. As culturas de oleaginosas exigem grandes áreas de terra arável e grande quantidade de água doce usada em sistemas de irrigação (HALIM, 2012). Nesse contexto, as microalgas podem ser consideradas como fonte promissora para produzir biodiesel, devido as possibilidades de cultivo, com alta taxa de crescimento sem que haja desmatamento e empobrecimento do solo (CHISTI, 2007). As microalgas são seres que não são utilizados como fonte primária de alimentos para os seres humanos, evitando preocupações com a segurança alimentar. Mesmo num cenário conservador, estima-se que o uso de microalgas produza cerca de 10 vezes mais biodiesel por unidade de área de terra do que uma planta oleaginosa. As microalgas são seres compostos basicamente de proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos e ácidos graxos. Os Ácidos graxos são encontrados em membranas, em produtos de armazenamento, metabólitos, entre outras partes. Em algumas espécies, os ácidos graxos respondem por 40% do seu peso seco. Para a produção de biodiesel, são necessárias microalgas que contêm alto teor de lipídios e são facilmente cultiváveis. Geralmente a extração do óleo de microalgas é trabalhosa e pode onerar a produção de biodiesel, mas essa etapa pode ser avançada para o processo de transesterificação da biomassa in situ. O objetivo desse trabalho foi obter e caracterizar ésteres metílicos, através da transesterificação do óleo de chlorella sp e da transesterificação da biomassa de chlorella sp in situ.

Material e métodos

Extração do óleo A extração foi feita utilizando um reator Parr, partindo de 50 g de biomassa seca de chlorella sp e 150 mL de metanol ( 99,8 %), a 60ºC e 500 RPM, durante 30 minutos. O sistema foi resfriado, a mistura foi colocada num Erlenmeyer onde foi adicionado 100 mL de hexano ( 98,5 %) e posto em agitação durante 60 minutos. Posteriormente a mistura foi filtrada a vácuo utilizando funil sintetizado, o solvente foi evaporado, o balão foi levado para estufa a 60ºC e resfriado em dessecador até atingir peso constante para calcular o rendimento. Transesterificação As reações aconteceram em reator Parr com um controlador modelo 4848. Na reação do extrato lipídico de chlorella sp partiu-se das proporções 1:15 m/v fração lipídica/metanol e 4% de catalisador Alumina e óxido de cálcio (em relação ao extrato lipídico). As condições foram: 500 rpm, 180 minutos e 150ºC. Após o resfriamento do sistema, evaporou-se o excesso de metanol, adicionou-se 50 mL de hexano e a mistura foi submetida a agitação magnética por 60 minutos. Depois a mistura foi filtrada a vácuo para separar os insolúveis em hexano. Na reação da biomassa in situ (doada pela Fazenda Tamanduá – PB) utilizou-se 50g de biomassa seca, 150 mL de metanol, 4% em massa de catalisador a base de alumina e cálcio, a reação aconteceu nas mesmas condições de agitação, tempo e temperatura que a reação com extrato lipídico. Após o resfriamento do sistema, separou-se a fase líquida da biomassa por filtração a vácuo e o excesso de metanol foi evaporado. A fração dos ésteres e a biomassa residual foram tratados com 100 ml de hexano sob agitação magnética durante 60 minutos e filtrados a vácuo. Após o tratamento e filtração, as duas fases foram misturadas e o hexano foi evaporado. O produto das reações foi purificado em coluna cromatográfica compactada com 15g de sílica gel, os eluentes foram, hexano e solução de hexano e acetato de etila (99,5%) a 1%. A purificação foi acompanhada por Cromatografia em Camada Delgada com placas de sílica, reveladas com iodo. (LEMÕES, 2011). O eluente foi evaporado em rotaevaporador IKA RV10. Caracterização dos Ésteres Os ésteres obtidos na reação de transesterificação do extrado lipídico e da transesterificação da biomassa in situ foram analisados num Cromatógrafo a gás acoplado a um Espectrômetro de massas, coluna capilar da ZB-FFAP (30m de comprimento 0,25 mm diâmetro interno x 0,25 µm de espessura de filme). A temperatura do forno foi 120°C por 2 min, com rampa de aquecimento até 180°C (10°C/min), nova rampa de aquecimento até 230°C (3°C/min), permanecendo na temperatura final por mais 3 min. A temperatura do injetor e detector, ambos 250°C, o fluxo do gás de arraste (H2) de 1ml/min e a Ratio Split de 100.

Resultado e discussão

O perfil cromatográfico do ensaio catalítico no extrato lipídico de chlorella sp (Figura 1), apresentou conversão de 84,32%, sendo considerados todos os ésteres metílicos de C8 a C23, ressalvando que os produzidos em maior quantidade foram: Palmitato, Oleato, Linoleato e Laureato, representados na Tabela 1. Contudo, apareceram outros ésteres metílicos em quantidades menores como, Caprilato (C8:0), caproato (C10:0), palmitoleato (C17:1), ecosanoato (C21:1), aracdato (C21:0), berrenato (C23:0), margárico (C19:0 ), miristato (C15:0), estearato (C19:0) e caproato (C11:0). O cromatograma que demonstra o perfil cromatográfico dos ésteres formados (Figura 2) apresentou conversão de 82,27% de ésteres metílicos, sendo que, os majoritários foram: Palmitato, Oleato, Linoleato e Linolenato. Contudo apareceram outros ésteres metílicos em quantidade menor como, Caproato (C11;0), Estearato (C19:0), Berrenato (C23:0), Aracdato (C21:0) Margarato (C19:0), Laureato (C14:0) e Miristato. A pesquisa dos constituintes da amostra foi realizada na biblioteca National Institute of standards and Tecnology (NIST0.8) do CG-EM, utilizando o método, Normalization Method (área normalization). Os ésteres majoritários nessa análise, bem como algumas informações sobre eles estão relacionados na Tabela 2. Os estudos realizados por Faried et al. (2017) para produção de biodiesel metílico usando microalgas apresentou perfil cromatográfico semelhante aos obtidos nesse trabalho.

Figura 1-Cromatograma dos extratos lipídicos de chlorella sp; Tabela 1- Ésteres obtidos da transesterificação do extrato lipídico de chlorella sp


Figura 2-Cromatograma da transesterificação da biomassa de chlorella in situ. Tabela 2- Ésteres da transesterificação da biomassa de chlorella in situ

Conclusões

Foi confirmado a obtenção de uma mistura de ésteres metílicos com perfil que pode ser caracterizado como biodiesel. O teor de ésteres na reação de extrato lipídico foi maior do que na reação da biomassa in situ, porém na transesterificação in situ são eliminadas várias etapas do processo no qual faz reduzir a quantidade de metanol utilizada na reação, o tempo e a temperatura. O teor de lipídios extraídos da biomassa de chlorella sp está de acordo com os dados disponíveis na literatura. No entanto, vale salientar que esses valores variam desde poucas unidades a dezenas. Isto está relacionado ao meio de cultivo da microalga.

Agradecimentos

UFMA, NCCA, FAPEMA e FAZENDA ESPERANÇA

Referências

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS. Resolução anp nº 14, de 11.5.2012 - dou 18.5.2012. Disponível em:<http://nxt.anp.gov.br/nxt/gateway.dll/leg/resolucoes_anp/2012/maio/ranp% 2014%20-%202012.xml>. Acesso em: 15 agosto. 2018.
CHISTI, Y; Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, v. 25, p. 294, 2007.
FARIED, M. et al. Biodiesel production from microalgae: Processes, technologies and recent advancements. Renewable And Sustainable Energy Reviews, [s.l.], v. 79, p.893-913, nov. 2017.
LEMÕES, J. S. Sintese de Ésteres Graxos de Chlorella sp. Utilisando os processos de Extração-Transesterificação e Transesterificação in situ. 2011. 70 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Química Analítica, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, 2011.
HALIM, R.; DANQUAH MK E WEBLEY PA. "Extração de óleo de microalgas para produção de biodiesel: Uma revisão", Biotech. Adv . Vol. 30, pp. 709-732, mai.-jun. 2012.