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Produção de Biodiesel

Origem da matéria-prima

Combustíveis derivados de fontes renováveis são chamados de biocombustíveis. São diversos os tipos de biocombustíveis, como o etanol obtido da cana-de-açúcar e o biodiesel feito a partir de óleos vegetais e gorduras animais. Soja, milho, amendoim, algodão, babaçu são usados como matéria-prima na produção do biodiesel1.
Gasolina e óleo diesel são combustíveis provenientes da destilação fracionada do petróleo. Veículos pesados, como caminhões, funcionam com óleo diesel. Em 1880, Rudolf Diesel projetou um motor a diesel. O óleo de amendoim foi testado como combustível para o motor diesel em 1897.2 Porém, com a produção mais barata de diesel de petróleo e a alta viscosidade do óleo de amendoim, o diesel se tornou o principal combustível para veículos pesados 2.
O biodiesel, quando comparado ao diesel, permite reduzir a dependência dos derivados de petróleo, pois é um combustível obtido de fontes renováveis. Além disso, contribui para a redução da emissão de poluentes para a atmosfera, como o dióxido de carbono (principal responsável pelo efeito estufa). Além disso, o biodiesel é um combustível facilmente biodegradável em ambientes aquáticos e terrestres.1
No Brasil, a alteração da Resolução nº 16 do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), dispõe sobre a evolução da adição obrigatória de biodiesel ao óleo diesel vendido ao consumidor final. A partir de 1 de abril de 2023, a resolução estabelece que todo o óleo diesel comercializado deve conter 12% de biodiesel. Em 2024, o percentual será ampliado de 12% para 13%. 3

Produção de Biodiesel

O biodiesel pode ser produzido por diferentes processos, como por exemplo, um processo químico chamado de transesterificação. Nesse processo químico, os triglicerídeos de óleos vegetais ou gorduras animais reagem com um álcool de cadeia carbônica curta na presença de um catalisador1.
A reação de transesterificação pode ser escrita conforme reação abaixo. A letra R representa uma cadeia carbônica longa, característica dos ácidos graxos que compõem os triglicerídeos constituintes dos óleos e gorduras. Por sua vez, R′ representa uma cadeia carbônica curta, característica do álcool utilizado para conduzir a transesterificação.
Representação simplificada para a reação de transesterificação
Observe que neste processo, 1 mol de triglicerídeos (triacilglicerol) reage com 3 mols de álcool, usualmente metanol ou etanol, na presença de um catalisador para formar 3 mols de biodiesel e 1 mol de glicerol4. As reações de transesterificação são realizadas com álcool em excesso.
No Brasil, é utilizado principalmente o etanol, um álcool obtido da cana-de-açúcar. Nesse caso, se o álcool utilizado para a transesterificação for o etanol, pode-se considerar o biodiesel com 100% de fonte renovável4.
Podemos calcular as massas molares para a reação de transesterificação metílica e etílica de 1 mol de triacilglicerol. Vejamos o exemplo do óleo de soja:
Fonte dos dados: BOTELHO (2012).
Mantendo as proporções estequiométricas (3:1 – três mols de álcool para um mol de óleo), considere a produção de biodiesel a partir de 1 tonelada de óleo de soja. Quanto de álcool é necessário para reagir com o óleo de soja?

Fonte: Cálculos estequiométricos realizados a partir dos dados da reação de Botelho (2012).

Fonte: Cálculos estequiométricos realizados a partir dos dados da reação de Botelho (2012).

Em relação a produção industrial de biodiesel, a proporção molar 3:1 (álcool:triacilglicerídeos) não é suficiente para promover uma conversão satisfatória dos óleos e gorduras em ésteres metílicos e etílicos4. Para que sejam atingidas boas taxas de conversão, a reação deve ser conduzida utilizando um excesso molar de álcool4. O excesso de álcool é um dos principais fatores que afetam o rendimento da reação de transesterificação e depende do tipo de álcool e catalisador utilizado no processo.
Pesquisas mostram que quando o metanol é utilizado como álcool, a proporção molar 6:1 (álcool:triacilgliceróis) promove maior rendimento da reação.
Transesterficação metílica sob catálise alcalina dos óleos de soja, girassol, amendoim e algodão. Fonte: Freedman et al (1984)
Quando o etanol é utilizado como álcool transesterificante, as pesquisas mostram que a proporção molar etanol:triacilgliceróis deve ser maior do que 6:1. O etanol é menos reativo do que o metanol para conduzir a reação de transesterificação. A tabela a seguir, ilustra dados de estudos da transesterificação etílica do óleo de soja refinado utilizando catalisadores básicos (BOTELHO, 2012).

Atividade para Aprofundar

(1) O que é biodiesel?
(2) Quais as principais diferenças existentes entre o óleo diesel e o biodiesel em termos de matérias-primas utilizadas, processos de produção e estruturas químicas?
(3) Por que os óleos vegetais são utilizados como matéria-prima para produção de biodiesel?
(4) De que maneira a utilização de biodiesel, ao invés de óleo diesel mineral, pode minimizar a emissão de gases poluentes?
(5) O biodiesel é facilmente degradável?
(6) Identifique as funções orgânicas existentes em todas as substâncias envolvidas no processo de produção do biodiesel.

Referências

1. SANTOS, A. P. B.; PINTO, A. C. Biodiesel: Uma Alternativa de Combustível Limpo. Química Nova na Escola, v, 31, n. 1, fevereiro, 2009. Disponível em:< http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc31_1/11-EEQ-3707.pdf>

2. LOZANO, J. I. N. et al. Redesign of a Piston for a Diesel Combustion Engine to Use Biodiesel Blends. Materials, v. 14, n. 11, 2021. Disponível em:< https://www.mdpi.com/1996-1944/14/11/2812>

3. CNPE – Conselho Nacional de Política Energética. Resolução nº 16 do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE). Altera a Resolução CNPE nº 16, de 29 de outubro de 2018, que dispõe sobre a evolução da adição obrigatória de biodiesel ao óleo diesel vendido ao consumidor final, em qualquer parte do território nacional, e dá outras providências. Disponível em< https://www.in.gov.br/en/web/dou/-/despacho-do-presidente-da-republica-473383252>

4. BOTELHO, C. A. V. A. Viabilidade técnica e aspectos ambientais do biodiesel etílico de óleos residuais de fritura. 2012. 123f. Dissertação (Mestrado em Ciências) – Programa de Pós-Graduação em Energia, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.

5. FREEDMAN, B.; MOUNTS, T. L.; PRYDE, E. H. Variables Affecting the Yields of Fatty Esters from Transesterified Vegetable Oils. Journal of the American Oil Chemists Society, n.61, p.1638-1643, 1984.

Desenvolvimento da página
Pesquisadora: Patricia Link Rüntzel
Design: Taina Apoena Bueno de Oliveira
Agradecimentos: A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001 e a Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC) pela bolsa de doutorado.
Ao Projeto CNPq Pró-Humanidades 420046/2022-4 – Quimidex Ambiental – Ciência para o Desenvolvimento Sustentável
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