Um estado da arte sobre o uso de antioxidantes em biocombustíveis

ÁREA

Química Orgânica

Autores

Sales, L.O. (IFRN) ; Bertini, L.M. (IFRN) ; Rios, M.A.S. (UFC) ; Nascimento, T.L. (IFRN)

RESUMO

Dentre um dos biocombustíveis existentes, destaca-se o biodiesel, que possui propriedades que o tornam capaz de substituir a utilização do óleo diesel, diminuindo então os impactos causados por este combustível. Contudo, o biodiesel possui problemas de estabilidade oxidativa quando armazenado por longos períodos. Desse modo, este artigo teve como objetivo elencar as principais informações acerca da evolução dos bioantioxidantes. Após a execução da busca, foi possível constatar os fatores que levam a oxidação do biodiesel e como o aprimoramento dos bioantioxidantes contribuem para a diminuição deste processo oxidativo.

Palavras Chaves

Estabilidade Oxidativa; Bioantioxidantes; Estado da arte

Introdução

Nos últimos anos, a população mundial, juntamente com a ampliação dos processos industriais, tem crescido cada vez mais, e em consequência a isso, surge uma crescente demanda pela produção e distribuição de energias capazes de contribuir para o desenvolvimento das sociedades à medida que estas vão se modernizando. No entanto, as energias mais utilizadas no mundo são de origem fóssil, das quais se fazem presente o petróleo, carvão mineral e gás natural. Estas possuem reservas naturais finitas, e sua utilização é responsável pela geração de gases de efeito estufa sendo este um dos maiores causadores da poluição atmosférica, o que leva a necessidade de investimento em novas fontes energéticas. (GUIMARÂES, COLAVITE e SILVA, 2019.) Nessa perspectiva, surgem os biocombustíveis, os quais são produzidos a partir da biomassa que é uma fonte de energia renovável e que proporciona com que estes combustíveis atuem como uma alternativa viável capaz de suprir tal carência energética (DUARTE et al., 2022). Dentre os biocombustíveis existentes, o biodiesel derivado da biomassa e óleos vegetais é um dos que mais proporciona vantagens ao setor energético, devido sua produção não demandar de um alto custo de produção. Além disso, este biocombustível possui características que o tornam capaz de substituir o óleo diesel, o qual é usado no setor de transportes sendo um dos tipos de combustíveis fósseis que mais emitem poluição atmosférica (DUARTE et al., 2022). Diante disso, ao analisar a carência de base cientifica em um assunto tão importante atualmente, este trabalho caracterizado como um estado da arte, tem como objetivo fortalecer as pesquisas destinadas ao estudo da estabilidade oxidativa do biodiesel, a partir do levantamento de trabalhos que enfatizem características de seu padrão de qualidade além de analisar a inserção dos bioantioxidantes na sua composição.

Material e métodos

Este trabalho é de caráter qualitativo, na qual de acordo com Silva e Emmendoerfer (2014) consiste em uma pesquisa cujo foco não se refere a defender ou priorizar uma determinada área de estudo, mas sim a investigação, caracterização e compreensão dos dados que a compõem. Diante disso, um dos tipos de pesquisa qualitativa se caracteriza como estado da arte. Esta é, segundo Ferreira (2002), uma pesquisa que possui uma abordagem descritiva que traz consigo os desafios de mapear e discutir uma determinada produção acadêmica em diferentes épocas e lugares. Para a elaboração deste trabalho, foram utilizados artigos científicos e sites de órgãos oficiais, com o objetivo de reunir as principais informações acerca da produção e desenvolvimento dos bioantioxidantes. As palavras chaves utilizadas durante a busca dos trabalhos foram: biodiesel, biocombustíveis, antioxidantes, resíduos vegetais, estabilidade oxidativa, aditivos e bioprodutos. Foram utilizadas como banco de dados para o desenvolvimento desta pesquisa as plataformas Google acadêmico, Scielo, Science Direct e o site oficial da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. O recorte temporal utilizado se deu em uma faixa de tempo focada nos últimos 10 anos.

Resultado e discussão

Bioprodutos Devido ao grande aumento no consumo energético, é preciso o desenvolvimento de fontes alternativas de geração de energia e combustíveis, que possam contribuir para a prevenção da poluição ao meio ambiente (GUEDES, DIAS SANTOS e DOS SANTOS, 2021). Os bioprodutos gerados a partir da biomassa, correspondem à um conjunto de matérias orgânicas que podem ser utilizadas para a produção de energia renovável, sendo: madeira, resíduos urbanos, florestais, grãos, talos e óleos vegetais, além disso a utilização da biomassa para a produção de energia térmica, elétrica e a fabricação de combustíveis é realizada através de sua queima direta (GENOVESE, UDAETA e GALVÃO, 2006). Segundo Guimarães, Colavite e Silva (2019), os bioprodutos de origem vegetal são as plantas oleaginosas e biogás, e em processos de produção do setor industrial são os resíduos orgânicos sendo: gorduras animais e residuais. A Resolução Nº 734, emitida pela ANP em 28 de junho de 2018, regula três tipos de biocombustíveis líquidos: biodiesel, etanol e biometano. Contudo, pesquisas são desenvolvidas em relação a outros tipos de biocombustíveis, incluindo bioquerosene e os biocombustíveis sólidos.. Aditivos A ANP através da resolução Nº1 de 6 de janeiro de 2014, retificada em 15 de abril de 2014, classifica os aditivos como: produto que contém componentes ativos, com ou sem fluido carreador ou diluente, que confere aos combustíveis propriedades benéficas ou que oferece ao veículo algum tipo de benefício. Os aditivos são categorizados com base em sua origem e forma de produção, os naturais provêm de fontes animais ou vegetais, e os sintéticos são derivados dos naturais. Esses aditivos também são subdivididos com base em suas funções, como conservadores, reguladores de acidez, antioxidantes etc. Na química, os aditivos são usados para promover melhorias de desempenho, função e durabilidade nos compostos (SILVA et al., 2019). Devido o processo de oxidação presente nos biocombustíveis, se faz necessário a utilização de um aditivo antioxidante, pois, de acordo com Silva et al (2019) este tipo de aditivo atua retardando o surgimento das modificações oxidativas presentes nestes compostos. Antioxidantes De acordo com Kumar (2017) os antioxidantes produzem uma abordagem capaz de aumentar a resistência dos derivados gordurosos contra o processo de auto oxidação, atuando como bloqueadores contra o início do processo de oxidação. Segundo Carocho e Ferreira (2013) o foco dos antioxidantes sintéticos é a prevenção da oxidação, especialmente nos grupos formados por ácidos graxos, tornando-os mais fortes e capazes de suportar inúmeros tratamentos e modificações. Os antioxidantes mais utilizados pelo setor industrial são: (BHA), butil hidroxitolueno (BHT), galato de propila (PG), pirogalol (PY) e terc-butil hidroquinona (TBHQ), (TAKEMOTO; FILHO; GODOY, 2009). Os antioxidantes naturais são produzidos a partir das plantas, e possuem alto teor fenólico, o que proporciona com que estes sejam utilizados como aditivos, sendo responsáveis por aumentar a estabilidade oxidativa dos biocombustíveis que sofrem com o problema de auto oxidação como é o caso do biodiesel (LAU et al 2022). Ao longo dos anos, surgiu-se um grande interesse na utilização dos antioxidantes naturais, pois, ao contrário dos sintéticos, os naturais provocam menos danos à saúde das pessoas. É valido ressaltar que, apenas os materiais vegetais que comportem alto conteúdo fenólico é que podem ser utilizados para a produção de antioxidantes (VARATHARAJAN; PUSHPARANI, 2018). Os principais antioxidantes naturais são tocoferóis, ácidos fenólicos e extratos de plantas (KARPINKSA; BOROWSKI; DANOWSKA-OZIEWICZ, 2001;). Percebe-se, portanto, que os antioxidantes são agentes necessários para combater o processo de oxidação dos compostos. Processo de oxidação A oxidação é resultado do ataque do oxigênio a ligação insaturada do carbono, que leva à geração de ácidos, peróxidos, aldeídos e polímeros por meio de reações em cadeia com radicais livres. Esse processo ocorre em três fases: iniciação, propagação e terminação. Na primeira etapa a iniciação, ocorre a remoção do átomo de hidrogênio do ácido graxo poli-insaturado (RH) que inicia a formação do radical composto a base de carbono (R⋅) e o produto estável (IH). Ambos os radicais de hidrocarbonetos são produzidos após o ataque do radical inicial (I⋅) ao carbono bissílico. A segunda etapa é a propagação, e trata-se de uma reação de cadeia autossustentável que ocorre com a presença do oxigênio diatômico, juntamente com o radical hidrocarboneto (R⋅), ambos promovem a formação do radical peróxido instável (ROO⋅). Os radicais peróxidos reagem com o substrato original (RH), que resulta na formação e acúmulo de um novo radical hidrocarboneto, o hidroperóxido de alquila (ROOH) (LAU et al., 2022). A terceira etapa, a terminação, se inicia quando o peroxido acumulado começa a se misturar nos produtos que não são radicais e a reação só irá acabar quando os radicais de hidrocarbonetos (R⋅) e os radicais do peroxido (ROO⋅) reagem entre si. Isso vai ocorrer pela junção dos radicais de alquila, degradando a qualidade dos combustíveis (KUMAR, 2017). A oxidação é um método que atua fortemente no Biodiesel. Logo, é necessário compreender como o processo de oxidação atua sobre este biocombustível. Oxidação em Biocombustíveis Os biocombustíveis fazem parte do grupo dos combustíveis renováveis. Nesse sentido, é preciso abordar o processo de oxidação presente no biodiesel, que é um exemplo dentre os biocombustíveis existentes. Dessa forma, os óleos vegetais dos quais o biodiesel é produzido são de fácil oxidação quando entram em contato direto com a luz solar e com o oxigênio presente no ar. (GASPERIN et al., 2018). Os processos que atuam como catalisadores no processo de oxidação do biodiesel ocorrem em sequência, sendo: oxidação na presença de oxigênio, oxidação a temperaturas elevadas, hidrólise na presença de humidade e degradação microbiana devido a presença de bactérias. KUMAR, 2017). O aumento da temperatura impacta diretamente o armazenamento prolongado do biodiesel. Pois, esse aumento gera a quebra de cadeia dos ácidos graxos que o compõem, assim como a rápida formação de produtos voláteis durante o período de oxidação. Logo, armazenar o biodiesel em baixas temperaturas contribui para preservar sua composição (AMRAN; BELLO; RUSLAN, 2022). À medida que a oxidação do biodiesel se sucede, inúmeras mudanças ocorrem em sua composição química, como: densidade, viscosidade cinemática, valor de ácido, e valor de peróxidos que aumentam, enquanto o teor de iodo e o teor de ésteres metílicos diminuem, e ocorre a criação de uma espécie de goma que danifica o motor dos veículos (FATTAH et al., 2014). Portanto, se faz necessário a utilização dos antioxidantes para inibirem este processo de oxidação. Os antioxidantes possuem um mecanismo de ação que atua inibindo as reações de autoxidação dos substratos e diminuem os rendimentos dos produtos secundários que são criados ao longo das reações de oxidação (VARATHARAJAN; PUSHPARANI, 2018). Na etapa de iniciação, os antioxidantes utilizados são os antioxidantes primários ou fenólicos (AOH), que transformam os produtos da reação fixados termodinamicamente. Em comparação, existem os antioxidantes secundários ou sinergéticos (AOH) que, atuam desacelerando a reação de oxidação, devido à formação de complexos compostos por íons metálicos que impedem a reação catalítica de acontecer, e diminuem o processo de degradação do biodiesel. Na etapa de propagação, o radical peroxil (ROO) é menos reativo que o radical (R), contudo, é forte o bastante para dar origem aos hidroperóxidos (ROOH) presentes na reação, e mais um radical (R) extra dando continuidade na degradação do biodiesel. Logo, para a finalização da reação de propagação, é preciso que os antioxidantes fenólicos cortem a reação em cadeia do processo de autoxidação, desativando o radical peroxil (ROO), finalizando a formação dos radicais livres centrados no carbono (R) criando o antirradical oxidante (AO). De tal modo, é evidente que as propriedades dos antioxidantes fenólicos e não fenólicos depende na maioria dos casos da posição de seus grupos funcionais que desempenham papel fundamental na neutralização dos radicais livres (AMRAN, BELLO e RUSLAN, 2022).

Conclusões

O presente trabalhou objetivou realizar uma revisão bibliográfica acerca das informações mais relevantes para o aprimoramento a respeito dos bioantioxidantes. Como resultado, foi possível observar as fontes de desenvolvimento dos biopodutos, e como sua utilização está empregada para a criação de fontes de energias renováveis, sendo o biodiesel um destes exemplos. Além disso, foi abordado os fatores que diminuem a oxidação do biodiesel, e como os bioantioxidantes atuam retardando tal processo. Sendo assim, é importante incentivar a produção de trabalhos desta natureza, uma vez que, se mostram fundamentais para a compreensão de alguns dos processos que estão presentes no desenvolvimento de fontes de energias renováveis. Essas energias são capazes de substituir os combustíveis fosseis, diminuindo então o nível de impacto ambiental por eles causados.

Agradecimentos

Ao IFRN – campus Apodi;Grupo de Inovações Tecnológicas e Especialidades Químicas (GRINTEQUI) da UFC;CNPQ.

Referências

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