Otimização da reação de transesterificação etílica de óleo de soja com catálise por gliceróxido de sódio

Área

Tecnologia de biocombustíveis e energias alternativas

Autores

Porto Costa, L.M. (ULBRA) ; Ayres da Silva, W. (ULBRA) ; Santos, S.J. (UFRGS) ; Mazzini Fontoura, L.A. (ULBRA)

Resumo

O biodiesel é constituído de uma mistura de ésteres graxos obtidos por transesterificação de óleos e gorduras utilizado como alternativa ao diesel. O álcool mais empregado na obtenção do biodiesel é o metanol em razão do seu baixo custo. No sentido de tornar o biodiesel totalmente derivado de biomassa, é interessante a sua substituição por etanol. Neste trabalho, a transesterificação etílica do óleo de soja na presença de gliceróxido de sódio foi otimizada. Para tanto, uma matriz Doehlert a duas variáveis, a saber, razão molar etanol/triglicerídeo e quantidade de catalisador, foi empregada como planejamento experimental. A melhor condição experimental da reação de transesterificação etílica do óleo de soja corresponde a combinação da razão molar TG/EtOH de 12 com 2,0% massa de catalisador.

Palavras chaves

biodiesel; transesterificação; gliceróxido

Introdução

O biodiesel é constituído por uma mistura de ésteres graxos obtida por transesterificação de óleos e gorduras. Sua maior aplicação é como combustível em motores de ignição por compressão, como alternativa renovável ao diesel. Comparado ao último, o primeiro apresenta menor toxicidade, é biodegradável, contribui menos para o efeito estufa e é livre de compostos enxofre. Industrialmente, o álcool mais utilizado na transesterificação é o metanol, pois apresenta baixo custo e elevada reatividade. Entretanto, é tóxico e é derivado de fonte não renovável, o gás natural. Uma alternativa que pode ser vantajosa é o uso de etanol no processo, pois é produzido a partir de fontes renováveis, é biodegradável e apresenta menor toxicidade. As taxas de reação, contudo, são mais lentas em comparação ao metanol e a separação do biodiesel e da glicerina no final da reação é mais difícil, em razão da facilidade de formação de emulsões. Além da fonte de triglicerídeos e do álcool, a reação de transesterificação requer o uso de um catalisador. Metóxido de sódio é o catalisador mais empregado. O gliceróxido de sódio é uma alternativa vantajosa ao metóxido. É um sólido estável, barato e de fácil manuseio, obtido por reação do glicerol com NaOH em etanol. Em nosso grupo de pesquisa, o gliceróxido de sódio tem sido utilizado amplamente na rota metílica para a obtenção de biodieseis derivados de variados óleos e gorduras. O objetivo deste trabalho foi a otimização da reação de transesterificação etílica do óleo de soja catalisada por gliceróxido de sódio usando o planejamento experimental Doehlert (DOEHLERT, 1970).

Material e métodos

Em um balão de 100 mL foram introduzidos 30 g de óleo de soja, M g de gliceróxido de sódio e V mL de EtOH, de acordo com as condições experimentais descritas na Tabela 1. A mistura reacional foi levada a refluxo, com agitação magnética em banho termostatizado a 80 oC por 1 h. Após, foi transferida para um funil de separação, seguida de 3,0 mL de glicerol. A mistura foi agitada e, a seguir, a fase inferior foi descartada. Por fim, o biodiesel foi lavado com água (3 x 10 mL a 70 oC), e seco por aquecimento a 100 oC por 1 h. Os teores de ésteres graxos do biodiesel foram estimados por ressonância magnética nuclear de hidrogênio em um espectrômetro Varian Mercury operando a 400 MHz em CDCl3 (GUZATTO; DE MARTINI; SAMIOS, 2011).

Resultado e discussão

Os teores de ésteres graxos (TEG EXP) foram estimados entre 94,5 e 98,8 %, Tabela 1. Lançados em função das variáveis razão molar e quantidade relativa de catalisador, os resultados definiram a superfície mostrada na Figura 1. A equação quadrática a ela relacionada permite calcular o resultado em qualquer combinação de variáveis dentro dos intervalos estudados. Os valores calculados (TEG CALC) nas condições experimentais são apresentados na Tabela 1. Os valores calculados foram lançados em função dos experimentais fornecendo uma reta com coeficiente angular igual a 0,9941 e de determinação igual a 0,9777, indicando o excelente ajuste dos pontos experimentais à equação que definiu a superfície. A superfície indica que o teor de ésteres graxos cresce com o incremento em qualquer das duas variáveis até um limite quando a razão molar é 13,8:1 e a quantidade de catalisador é 2,1 %. Novos incrementos têm o efeito oposto. Na realidade, há diversas condições ao redor do máximo global que levam o biodiesel ao teor de ésteres graxos acima da especificação brasileira (96,5 %). Por esta razão, a combinação de 12:1 e 2 % foi escolhida como a condição de trabalho. A reação foi repetida em triplicata nesta condição levando a um teor de ésteres graxos de 97,5 ± 0,8 %.

Conclusões

A otimização da reação de transesterificação etílica do óleo de soja foi realizada por planejamento experimental Doehlert a duas variáveis, a fim de avaliar o efeito da razão molar etanol/triglicerídeos e da quantidade de catalisador sobre a conversão da reação. As ótimas condições obtidas foram razão molar etanol/triglicerídeo 12 e quantidade de catalisador 2,0 %. A conversão da reação aumenta com o aumento da RM e quantidade do catalisador até um certo limite.

Agradecimentos

Referências

DOEHLERT, D. H. Uniform Shell Designs. Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics), v. 19, n. 3, p. 231–239, 1970.

GUZATTO, R.; DE MARTINI, T. L.; SAMIOS, D. The use of a modified TDSP for biodiesel production from soybean, linseed and waste cooking oil. Fuel Processing Technology, v. 92, n. 10, p. 2083–2088, 2011. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2011.06.013.