ANÁLISE DO MÉTODO DA TRANSESTERIFICAÇÃO NO

ANÁLISE DO MÉTODO DA TRANSESTERIFICAÇÃO NO PROCESSO DE
FABRICAÇÃO DO BIODIESEL DE SOJA.
Carlos Vinícius Costa Araújo
1
Harlen Inácio dos Santos2
Universidade Católica de Goiás – Departamento de Engenharia – Engenharia Ambiental
Av. Universitária, Nº 1440 – Setor Universitário – Fone (62)3227-1351.
CEP: 74605-010 – Goiânia - GO.
Resumo: O Biodiesel é uma alternativa ao petróleo, porém tem custo de produção elevado.
Neste trabalho utilizando-se de revisão bibliográfica, fez-se a análise da fabricação do
biodiesel a partir da soja pelo método da transesterificação. Posteriormente foram levantadas
as informações, observando como o combustível é fabricado, e a legislação pertinente.
Finalmente foi feita pesquisa da atividade industrial, revendo processos, a fim de propor
soluções que propiciem redução de custos e de impactos ambientais. A reutilização da água
residuária da reatificação do metanol, a utilização do hidróxido de potássio como catalisador
da reação e o uso do ácido fosfórico para etapa de neutralização são opções satisfatórias na
redução de custos e de impacto ambiental.
Palavras-chave: Biodiesel, Soja, Transesterificação.
Abstract:
The Biodiesel is an alternative to the oil and has high cost of production. In this
work, became it analysis of the manufacture of biodiesel of the soy for the method of the
transesterificação. Later the information had been raised, observing as the fuel is
manufactured, and the pertinent legislation. Finally research of the industrial activity was
made, resells processes, in order to consider solutions that propitiate reduction of costs and
ambient impacts.The reuse of the residuary water of the reatification of methanol, the use of
the hidróxido one of potassium as catalytic of the reaction e the use of the acid fosfórico for
stage of neutralization is satisfactory options in the reduction of costs and ambient impact.
Key- words: Biodiesel; Soy; Transesterification.
1
2
Acadêmico(a) do curso de Engª Ambiental da Universidade Católica de Goiás. ([email protected])
Orientador Profº Dr. Dep. Engª Universidade Católica de Goiás - UCG. ([email protected])
2
1 INTRODUÇÃO
O aquecimento global tem sido reconhecido como uma ameaça à economia, a vida
humana e ao meio ambiente, o que gerou reações dos governos na busca de soluções
alternativas ao petróleo, recurso energético gerador de fontes dos gases de efeito estufa.
O aumento da influência do efeito estufa no aquecimento do planeta ocorre em função
do acréscimo de emissões de gases poluentes principalmente derivados da queima de
combustíveis fósseis (gasolina, diesel, etc), na atmosfera. Estes gases (ozônio, dióxido de
carbono, metano, óxido nitroso e monóxido de carbono) formam uma camada de poluentes
de difícil dispersão, potencializando o efeito estufa. Este fenômeno ocorre devido a absorção
destes gases da radiação infra-vermelha emitida pela Terra, dificultando a dispersão do calor.
Por isso, soluções alternativas ao petróleo tem que ser encontradas para evitar um
super-aquecimento do planeta, dificultando a vivência de todas as formas de vida.
Segundo Paulillo et al.(2007) o biodiesel, que é uma alternativa ao petróleo, é
utilizado em larga escala na União Européia desde 1992, região de maior produção e consumo
e, no Brasil, está em fase de crescimento, o que gera custos de produção elevados.
O custo de produção do biodiesel é três vezes maior que o custo de produção do óleo
diesel de petróleo, o que torna necessário a adoção de tecnologias de redução de custos, entre
elas a revisão do processo de fabricação do biodiesel da soja, através do método da
transesterificação e adoção de medidas redutoras de custos e de medidas mitigadoras de
impactos ambientais.
Um fato importante é reduzir a matéria prima e a energia utilizada nos processos
industriais para tornar a produção de combustível mais barata e ajudar a regular os preços dos
produtos alimentícios. Essa busca pela eficiência no processo produtivo é importante para o
desenvolvimento sustentável e contribui para o curso de Engenharia Ambiental, na medida em
que aprimora a busca pela gestão ambiental nos processos produtivos.
Neste sentido, este trabalho tem como objetivos, analisar a fabricação do biodiesel da
soja pelo método da transesterificação e propor formas de redução de custos para tornar o
processo mais rentável e com maior viabilidade ambiental.
3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O aquecimento global, intensificado recentemente, tem fortes impactos ambientais
como derretimento das geleiras e calotas polares e também em processos biológicos como
períodos de floração das plantas, aceleração do ciclo de vida de insetos entre outros, o que
gera problemas que extrapolam a esfera ambiental e alcançam à esfera econômica.
Segundo Marengo (2006), o Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas
(International Panel on Climate Change – IPCC) conclui, no seu Terceiro Relatório de
Avaliação TAR (IPCC 2001 a), que a temperatura média da atmosfera tem aumentado em 0,6
ºC +ou – 0,2 ºC durante o século XX.
Os modelos globais do IPCC têm mostrado que entre 1900 e 2100 a temperatura
global pode aquecer entre 1,4 e 5,8 ºC, o que representa um aquecimento mais rápido do que
aquele detectado no século XX e que, aparentemente, não possui precedentes durante, pelo
menos, os últimos 10.000 anos (MARENGO, 2006).
O aquecimento também deve exacerbar o problema das ilhas de calor em todas as
grandes cidades, uma vez que prédios e asfalto retem muito mais radiação térmica do que as
áreas não-urbanas (MARENGO, 2006).
Durante os primeiros séculos da Revolução Industrial, de 1760 até 1960, os níveis de
concentração de (dióxido de carbono) CO2 atmosférico aumentaram de uma estimativa de 277
partes por milhão (ppm) para 317 ppm, um acréscimo de 54 ppm. Os gases de efeito estufa
absorvem parte da energia do sol, refletida pela superfície do planeta, e a redistribuem em
forma de calor através das circulações atmosféricas e oceânicas (MARENGO, 2006).
Parte da energia é irradiada novamente ao espaço. Qualquer fator que altere esse
processo afeta o clima global. Com o aumento das emissões dos gases de efeito estufa,
observado principalmente nos últimos 150 anos, mais calor passou a ficar retido
(MARENGO, 2006).
Qualquer que seja o combustível orgânico utilizado, os produtos finais da combustão
serão sempre dióxido de carbono (CO2) e vapor d´água. No entanto, para se obter a queima
total de algum elemento, são necessárias algumas condições ideais (como a disponibilidade de
oxigênio), que nem sempre ocorrem de maneira prática, nas indústrias e nos motores dos
veículos (BRANCO et al., 2000).
O monóxido de carbono se forma na combustão incompleta. As maiores fontes de
(monóxido de carbono) CO são os veículos a motor, pois as condições ótimas de combustão
4
nem sempre se verificam, sendo obtidas somente quando o motor está regulado para operar
com potência máxima (FELLENBERG, 1980).
A maior quantidade de CO é produzida por motores trabalhando em marcha lenta (em
ponto morto) e fornos e fornalhas emitem uma quantidade bem menor de monóxido de
carbono (FELLENBERG, 1980).
Nas grandes cidades a concentração de CO pode chegar a 100 ppm e ultrapassar em
muito o valor da concentração máxima no local (CMT), que foi fixado em 50 ppm segundo
Portaria Nº167 do IBAMA, de 26 de dezembro de 2007. O monóxido de carbono não pode
ser aproveitado pelas plantas para a fotossíntese, mas existem algumas possibilidades de
combinação biológica deste gás (FELLENBERG, 1980).
Os dois monóxidos de carbono influenciam o meio ambiente de maneiras bem
diferentes. O dióxido de carbono não é um gás tóxico. Em concentrações muito grandes pode
diminuir ou bloquear a respiração. Já o balanço térmico da terra é visivelmente influenciado
pelo CO2, pois ele absorve e volta a irradiar parte da energia térmica desprendida pela
superfície, energia esta que assim retorna, em parte a terra (FELLENBERG, 1980).
Uma crescente concentração de CO2 na atmosfera tem por conseqüência um
armazenamento de calor, reduzindo em parte a perda de calor provocada pela poeira existente
na atmosfera (FELLENBERG, 1980).
Esta alta concentração de CO2 na atmosfera é global, no Brasil ainda se usa diesel de
petróleo em larga escala, mas gradualmente, através de incentivos do governo federal, o
biodiesel aumenta a sua participação no mercado. No Brasil, o biodiesel tem hoje uma
produção incipiente. Porém, é parte da fonte de energia da biomassa com potencial de
expansão nos próximos anos, tendo em vista a Lei 11.097/2005 que obriga adicionar 2% no
óleo de petróleo a partir de 2008 e 5% em 2013 (PAULILLO et al., 2006).
O projeto de Lei de Conversão (PLV-60, de 2004) foi sancionado pelo presidente da
República e transformado na Lei nº 11.097, de 13 de janeiro de 2005, sendo responsável por
estabelecer a obrigatoriedade da adição de 5% de biodiesel no diesel mineral. Após oito anos
a publicação da lei, há um percentual obrigatório intermediário de 2%, três anos após a
publicação da mesma (PAULILLO et.al., 2006).
No caso do biodiesel, os principais países produtores e consumidores são a Alemanha,
França e Itália, possuindo subsídios para incentivar as plantações de matérias-primas agrícolas
em áreas exploradas, mais isenção de 90% nos impostos (PAULILLO et. al, 2006).
Nos Estados Unidos os produtores também usufruem de incentivos tarifários e
creditícios, em função da necessidade de dar vazão aos estoques extras de óleo de soja em
5
vários estados, ajudando a equalizar o excesso de oferta agrícola para a alimentação animal e
humana (PAULILLO et al., 2006).
Segundo a Lei nº 11.097/05 o Biodiesel – biocombustível derivado de biomassa
renovável para uso em motores a combustão interna com ignição por compressão ou
conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou
totalmente combustíveis de origem fóssil (BRASIL, 2005).
Fica introduzido o biodiesel na matriz energética brasileira, sendo fixado em 5%
(cinco por cento), em volume, o percentual mínimo obrigatório de adição de biodiesel ao óleo
diesel comercializado ao consumidor final, em qualquer parte do território nacional (BRASIL,
2005).
O biodiesel necessário ao atendimento dos percentuais mencionados no caput do qual
terá que ser processado, preferencialmente, a partir de matérias-primas produzidas por
agricultor familiar, inclusive as resultantes de atividades extrativistas (BRASIL, 2005).
A legislação instituiu a Agencia Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
– ANP, entidade integrante da Administração Federal Indireta, submetida ao regime
autárquico especial, como órgão regulador da indústria do petróleo, gás natural, seus
derivados e biocombustíveis, vinculada ao Ministério de Minas e Energia (BRASIL, 2005).
A obrigação legal da adição de, pelo menos, 2% de biodiesel no diesel mineral é
justificável dos pontos de vista social, técnico, ambiental e econômico. Do ponto de vista
social, o biodiesel estimula a agricultura familiar, contribuindo para geração de renda e
diminuição da pobreza. Do ponto de vista econômico, o biodiesel diversifica a matriz
energética brasileira, o que torna o Brasil mais forte perante possíveis crises do mercado de
petróleo. Já ponto de vista ambiental, o biodiesel contribui para diminuição da poluição
atmosférica, porque não há liberação de enxofre. Do ponto de vista técnico, o biodiesel
contribui com o desenvolvimento de novas tecnologias para propulsão de motores, abrindo
portas para o desenvolvimento de novos combustíveis (PAULILLO et al., 2006).
2.1 TRANSESTERIFICAÇÃO
Segundo Atkins et al. (2001), os ésteres de moléculas maiores constituem os óleos e
gorduras, tanto de origem vegetal como animal. Ésteres de moléculas muito grandes aparecem
nas ceras vegetais e no organismo dos animais.
6
Quimicamente, os óleos e gorduras animais e vegetais consistem de moléculas de
triacilglicerídeos, as quais são constituídas de três ácidos graxos de cadeia longa ligados na
forma de ésteres a uma molécula de glicerol. Das várias metodologias descritas na literatura
para obtenção do biodiesel, a transesterificação de óleos vegetais é atualmente o método de
escolha, principalmente porque as características físicas dos ésteres de ácidos graxos são
muito próximas daquelas do diesel (GERIS et al., 2007). Na figura 01 está descrito como
obter combustíveis líquidos a partir de ácidos graxos e triglicerídeos.
Fonte: (SUARES, Paulo e MENEGHETTI, Simoni, 2007).
Este processo relativamente simples reduz a massa molecular para um terço em
relação aos triacilglicerídeos, como também reduz a viscosidade e aumenta a volatividade. A
transesterificação é um termo geral usado para descrever uma importante classe de reações
orgânicas, onde um éster é transformado em outro através da troca do resíduo alcoxila
(GERIS et al., 2007).
Quando o éster original reage com um álcool, o processo de transesterificação é
denominado alcoólise. Esta reação é reversível e prossegue essencialmente misturando os
reagentes. Contudo, a presença de um catalisador (ácido ou base) acelera consideravelmente
esta conversão, como também contribui para aumentar o rendimento da mesma (GERIS et al.,
2007).
7
Na transesterificação de óleos vegetais, um triacilglicerídeo reage com um álcool na
presença de uma base ou ácido forte, produzindo uma mistura de ésteres de ácidos graxos e
glicerol. Para uma transesterificação estequiometricamente completa, uma proporção molar
3:1 de álcool por triacilglicerídeo é necessária (GERIS et al., 2007).
Devido ao caráter reversível da reação, o agente transesterificante (álcool), geralmente
é adicionado em excesso, contribuindo, assim, para aumentar o rendimento do éster, bem
como permitir a sua separação do glicerol formado. Na figura 02 pode-se verificar a reação.
Figura 02. Reação de transesterificação reversível (GERIS et al, 2007).
Além do tipo de catalisador (alcalino ou ácido), outros parâmetros de reação que tem
sido investigados na transesterificação alcalina incluem a razão molar entre o álcool e o óleo
vegetal, a temperatura, o tempo de reação, o grau de refino do óleo vegetal empregado e o
efeito da presença de umidade e ácidos graxos livres (KNOTHE et al, 2006).
Para a transesterificação proporcionar rendimentos máximos, o álcool deve ser livre de
umidade e o conteúdo de ácidos graxos livres (AGL) do óleo vegetal deve ser inferior a
0,5%.A ausência de umidade na reação de transesterificação é importante porque pode ocorrer
a hidrólise dos ésteres alquílicos sintetizados a AGL (KNOTHE et al, 2006).
Da mesma forma, a reação de triacilgliceróis com água pode formar AGL, porque
estas substâncias também são ésteres. A 32 ºC, a transesterificação atinge 99% de rendimento
em 4h, quando um catalisador alcalino é empregado (NaOH ou NaOMe). Em temperaturas
maiores ou iguais a 60 ºC, empregando óleos vegetais refinados em razões molares
álcool:óleo de pelo menos 6:1, a reação pode ser completar em 1h, fornecendo ésteres
metílicos, etílicos ou butílicos (KNOTHE et al, 2006).
Apesar de que óleos brutos também possam ser transesterificados, os rendimentos de
reação são geralmente reduzidos, devido à presença de gomas e materiais de outra natureza
química no óleo vegetal. Estes parâmetros (temperatura de 60 ºC e razão molar metanol:óleo
8
de 6:1) têm se definido como uma condição padrão para a transesterificação metílica
(KNOTHE et al, 2006).
As soluções de alcóxidos com o álcool correspondente (preparado através da reação
direta do metal com o álcool ou por eletrólise de sais com a subseqüente reação com o álcool)
apresenta vantagens sobre os hidróxidos, porque a reação de formação de água não pode
ocorrer no sistema de reação, assegurando que o processo de transesterificação permaneça
livre de água tanto quanto possível (KNOTHE et al, 2006).
A reação, no entanto, é responsável pela formação dos alcóxidos, quando NaOH ou
KOH são empregados como catalisadores. Os catalisadores são muito higroscópicos;
portanto, precauções como o tratamento com nitrogênio devem ser tomadas para evitar
qualquer contato com a umidade relativa do ar. Em princípio, a transesterificação é uma
reação reversível, embora durante a produção de ésteres alquílicos de óleos vegetais, isto é,
biodiesel, a reação reversa não ocorra, ou seja, consideravelmente negligenciável porque o
glicerol formado na reação não é miscível no produto, levando a um sistema de duas fases
(KNOTHE et al, 2006).
Os processos utilizados para refinar as matérias primas e convertê-las a biodiesel
determinam se o combustível irá atender as especificações técnicas necessárias. O álcool, o
catalisador e óleo são combinados em um reator e agitados por aproximadamente 1h a 60 ºC.
As Plantas de pequeno porte (acima de 4 milhões de litros/ano) utilizam processos de fluxo
contínuo envolvendo reatores contínuos de leito agitado (RCLA) ou reatores de fluxo
pistonado (plug flow) (KNOTHE et al, 2006).
A reação é muitas vezes efetuada em duas etapas em que aproximadamente 80% do
álcool e do catalisador são adicionados no primeiro estágio RCLA. Depois, o produto
derivado deste reator passa por um processo de remoção da glicerina formada na reação, antes
de dar entrada no segundo reator RCLA. Os 20% remanescentes de álcool e catalisador são
adicionados no segundo reator. Este sistema dá condições de se atingir uma reação completa,
com o potencial de poder empregar menos álcool que os processos realizados em uma única
etapa (KNOTHE et al, 2006).
Devido à baixa solubilidade do glicerol na fase éster, a separação geralmente ocorre
com rapidez e pode ser obtida em decantadores ou através do emprego de uma centrífuga. A
maioria das unidades de produção de biodiesel usa temperaturas baixas, pressões próximas à
atmosférica e longos tempos de reação para reduzir o custo dos equipamentos necessários ao
processo (KNOTHE et al, 2006).
9
Os sais são formados são removidos durante a etapa de lavagem aquosa e os AGL
permaneceram no biodiesel. A etapa de lavagem aquosa tem o objetivo de remover qualquer
quantidade residual de catalisador, sabões, sais, metanol ou glicerina livre do produto final. A
neutralização antes da lavagem aquosa reduz a quantidade de água necessária para o processo
e minimiza a tendência à formação de emulsões, quando a água de lavagem é adicionada ao
biodiesel. Após o processo de lavagem, qualquer água residual é removida do biodiesel por
um processo de evaporação a vácuo (KNOTHE et al, 2006).
Uma opção frequentemente considerada para o processo é a utilização de hidróxido de
potássio como catalisador da reação e ácido fosfórico para a etapa de neutralização, de forma
que o sal formado seja o fosfato de potássio, que pode ser utilizado como fertilizante
(KNOTHE et al, 2006).
Analisando os impactos ambientais do biodiesel, a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV)
dos biocombustíveis foi realizada simultaneamente com o desenvolvimento da metodologia
de ACV. No final da década de 90, a primeira ACV mais ou menos completa do biodiesel
apareceu na Europa para éster metílico do óleo de colza (EMC) (KNOTHE et al, 2006).
Para descrever as (dês) vantagens ecológicas do biodiesel em comparação com o
combustível diesel convencional, análises de ciclo de vida (ACV), que foram desenvolvidas
para comparar produtos e sistemas, são especialmente recomendadas. Esta ferramenta de
avaliação agora existe na forma de uma norma padronizada (ISO 14040-43). Basicamente, as
ACV são conduzidas em quatro etapas, objetivos e metas, análise de inventário, análise de
impacto e interpretação dos dados (KNOTHE et al, 2006).
A ACV é uma técnica para avaliar aspectos ambientais e impactos potenciais,
associados a um produto mediante a compilação de um inventário de entradas e saídas
pertinentes de um sistema de produto (ABNT, 2001).
Em geral é conveniente usar a informação desenvolvida em um estudo de ACV como
parte de um processo de decisão muito mais abrangente, ou usá-la para compreender as
soluções de compromissos amplas ou gerais. Comparar resultados de diferentes estudos de
ACV só é possível se as suposições e o contexto de cada estudo forem os mesmos (ABNT,
2001).
10
3 METODOLOGIA
A fase inicial dos estudos foi marcada pelo levantamento de dados para composição da
pesquisa bibliográfica. Este levantamento foi feito na Biblioteca da Universidade Católica de
Goiás, pesquisas na internet e pesquisas em legislações pertinentes.
Nesta etapa, houve a análise e tabulação dos dados, observando como o combustível é
fabricado, as etapas de produção e a legislação a respeito. Foi pesquisada a existência de
novas tecnologias de produção do biodiesel da soja pelo método da transesterificação.
Finalmente, foi realizada análise do método da transesterificação, revendo os
processos e tentando criar soluções que propiciassem reduções de custos e de impactos
ambientais, usando como referência a NBR ISO 14040 e do Manual do Biodiesel.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Quatro métodos têm sido investigados para reduzir a alta viscosidade de óleos vegetais
e, assim, permitir o seu uso em motores diesel sem problemas operacionais, como a formação
de incrustações e depósitos: uso de misturas binárias com petrodiesel, pirólise,
microemulsificação (ou mistura co-solvente) e transesterificação.
A transesterificação é o método mais comum e o único que leva a produtos
comumente denominados biodiesel, isto é, ésteres alquílicos de óleos e gorduras. Os ésteres
mais comumente empregados são os ésteres metílicos, principalmente porque o metanol é
geralmente o álcool mais barato, embora existam exceções em alguns países. No Brasil, por
exemplo, onde o etanol é mais barato, ésteres etílicos são utilizados como combustível.
Além do metanol e do etanol, ésteres de óleos vegetais e gordura animal produzidos
com outros álcoois de baixa massa molar já foram investigados em relação ao processo de
produção e às propriedades do combustível produzido. Outros materiais como óleos utilizados
para a cocção de alimentos (fritura) também são adequados para a produção de biodiesel; no
entanto, mudanças no procedimento de reação são frequentemente necessárias devido à
presença de água e de ácidos graxos livres (KNOTHE et al, 2006).
Geralmente, a transesterificação pode ser realizada por catálise ácida ou básica. No
entanto, em catálise homogênea, catalisadores alcalinos (hidróxido de sódio e de potássio; ou
os alcóxidos correspondentes) proporcionam processos muito mais rápidos que catalisadores
ácidos (KNOTHE et al, 2006).
11
Para a transesterificação proporcionar rendimentos máximos, o álcool deve ser livre de
umidade e o conteúdo de ácidos graxos livres (AGL) do óleo vegetal deve ser inferior a 0,5%.
A ausência de umidade na reação de transesterificação é importante porque, pode ocorrer
hidrólise dos ésteres alquílicos sintetizados a AGL.
Da mesma forma, a reação de triacilgliceróis com água pode formar AGL porque estas
substâncias também são ésteres. A 32 ºC, a transesterificação atinge 99% de rendimento em
4h quando um catalisador alcalino é empregado (NaOH ou NaOMe). Em temperaturas
maiores ou iguais a 60 ºC, empregando óleos vegetais refinados em razões molares
álcool:óleo de pelo menos 6:1, a reação pode se completar em 1h, fornecendo ésteres
metílicos, etílicos ou butílicos (KNOTHE et al, 2006).
Apesar de que óleos brutos também possam ser transesterificados, os rendimentos de
reação são geralmente reduzidos, devido à presença de gomas e materiais de outra natureza
química no óleo vegetal. Estes parâmetros (temperatura de 60 ºC e razão molar metanol:óleo
de 6:1) tem se definido como uma condição padrão para a transesterificação metílica.
Outros álcoois (etanol ou butanol) requerem temperaturas mais altas (75 e 114 ºC,
respectivamente) para uma conversão otimizada. Outras possibilidades de se acelerar a reação
de transesterificação incluem o uso de microondas ou irradiação ultra-sônica.
O álcool, o catalisador e o óleo são combinados em um reator e agitados por
aproximadamente 1h a 60 ºC. Plantas de pequeno porte geralmente utilizam reatores de
batelada, mas a maioria das plantas de grande porte (acima de 4 milhões de litros/ano) utiliza
processos de fluxo contínuo envolvendo reatores contínuos de leito agitado (RCLA) ou
reatores de fluxo pistonado (plug flow), todo o processo está descrito na figura 03.
12
Figura 03: Fluxograma do processo de produção do biodiesel (KNOTHE et al, 2006).
A reação é na maioria das vezes efetuada em duas etapas em que aproximadamente
80% do álcool e do catalisador são adicionados no primeiro estágio RCLA. Depois, o produto
derivado deste reator passa por um processo de remoção da glicerina formada na reação, antes
de dar entrada no segundo reator RCLA. Os 20% remanescentes de álcool e catalisador são
adicionados neste segundo reator. Este sistema dá condições de se atingir uma reação
completa com o potencial de poder empregar menos álcool que os processos realizados em
uma única etapa.
Após a reação, o glicerol é removido dos ésteres metílicos. Devido à baixa
solubilidade do glicerol na fase éster, esta separação geralmente ocorre com rapidez e pode
ser obtida em decantadores ou através do emprego de uma centrífuga. O excesso de metanol
tende a se comportar como solvente e pode diminuir a eficiência da separação.
13
O excesso de metanol não é geralmente removido do meio, devido à possibilidade de
reversão da reação de transesterificação. Água também pode ser agregada ao meio de reação
depois que a transesterificação está completa para melhorar a separação do glicerol.
A maioria das unidades de produção de biodiesel usa temperaturas baixas, pressões
próximas á atmosférica e longos tempos de reação para reduzir o custo dos equipamentos
necessários ao processo. Após a etapa de separação do glicerol, os ésteres metílicos sofrem
uma etapa de neutralização e passam então por um estripador de metanol, geralmente um
processo de separação a vácuo ou um evaporador de filme líquido descendente, antes mesmo
da etapa de lavagem aquosa.
O ácido é adicionado ao produto para neutralizar qualquer catalisador residual e
quebrar quantidade de sabão que tenha se formado durante a reação. Sabões reagirão com o
ácido para formar sais solúveis em água e AGL, de acordo com a seguinte equação:
R-COONa
Sabão de sódio
+
HAc
R-COOH
Ácido
Ácido graxo
+
NaAc
Sal
Os sais serão removidos durante a etapa de lavagem aquosa e os AGL permanecerão
no biodiesel. A etapa de lavagem aquosa tem o objetivo de remover qualquer quantidade
residual de catalisador, sabões, sais, metanol ou glicerina livre do produto final. A
neutralização antes da lavagem aquosa reduz a quantidade de água necessária para o processo
e minimiza a tendência à formação de emulsões, quando a água de lavagem é adicionada ao
biodiesel. Após o processo de lavagem, qualquer água residual é removida do biodiesel por
um processo de evaporação a vácuo.
A fase glicerínica que deixa o decantador geralmente contém apenas 50% de glicerol.
Esta fase também contém algum metanol excedente e a maior parte do catalisador e sabões
formados no processo. Nesta forma, o glicerol tem baixo valor de mercado e sua disposição
pode ser relativamente difícil. O seu conteúdo em metanol o classifica como um efluente
tóxico e perigoso.
A primeira etapa no refino do glicerol é usualmente orientada à adição de ácido para
quebrar os sabões em AGL e sais. Os AGL não são solúveis no glicerol e vão flotar à
superfície da mistura, de onde podem ser removidos e reciclados. Uma opção seria a
utilização de hidróxido de potássio como catalisador da reação e ácido fosfórico para a etapa
de neutralização, de forma que o sal formado seja o fosfato de potássio, que pode ser utilizado
como fertilizante.
14
Após acidulação e separação dos AGL, o metanol presente no glicerol é removido por
evaporação a vácuo, ou outro tipo de processo de evaporação. Nesta etapa, o glicerol deve
apresentar uma pureza de aproximadamente 85% e pode ser tipicamente vendido para uma
unidade de refino. O processo de refino do glicerol eleva a sua pureza a 99,5-99,7%
empregando processos de destilação a vácuo ou de troca iônica (KNOTHE et al, 2006).
O metanol removido dos ésteres metílicos e do glicerol, apresenta a tendência de
absorver a água que possa ter sido formada no processo. Esta água deverá ser removida em
uma coluna de destilação antes que o metanol possa ser retornado ao processo.
Portanto, a reutilização de água residuária da reatificação do metanol e a utilização do
hidróxido de potássio como catalisador da reação e ácido fosfórico para a etapa de
neutralização são satisfatórios na redução de custos de produção. O uso do ácido fosfórico
gera o sal fosfato de potássio que pode ser empregado como fertilizante, reduzindo o uso de
rocha fosfatada como matéria prima, além de contribuir para o meio ambiente.
5 CONCLUSÕES
No âmbito dos impactos ambientais, o biocombustível derivado da soja preserva
recursos energéticos finitos (petróleo), gera menores emissões de gases de efeito estufa, não
gera emissões de enxofre, tem menores emissões de materiais particulados em áreas urbanas e
devido sua matéria prima, causa menor poluição por derramamentos de biodiesel após
acidentes devido sua biodegradabilidade.
O biodiesel da soja causa aumento nas emissões de N2O, o que eleva a freqüência das
chuvas ácidas e a disputa por áreas agricultáveis para produção de alimentos, contribuindo
para o aumento generalizado dos preços. No processo produtivo, a água descartada da
reatificação do metanol deve ser tratada e reutilizada para outras atividades da planta
industrial como higienização de pisos e irrigação de jardins.
No primeiro reator RCLA, utilizar sempre que possível hidróxido de potássio como
catalisador da reação e ácido fosfórico para a etapa de neutralização, de forma que o sal
formado seja o fosfato de potássio, que pode ser utilizado como fertilizante.
Este artigo apresenta a limitação de utilizar a pesquisa bibliográfica para a tentativa de
redução de custos no processo de produção do biodiesel derivado de soja, o que na prática se
revelou pouco eficaz, sendo o estudo de caso mais apropriado para reduzir custos e buscar
soluções técnicas viáveis, além de menores impactos para o meio ambiente da atividade.
15
Na análise da utilização do método da transesterificação no processo de fabricação do
biodiesel de soja, foi observado que o mesmo é eficiente, no entanto, oneroso. É três vezes
mais caro produzir biodiesel de soja em relação ao diesel mineral, logo, é necessário
aperfeiçoamentos técnicos no âmbito dos processos químicos como novos reagentes e
catalisadores, além de se ter cuidado com o glicerol formado, que é tóxico para o meio
ambiente.
6 BIBLIOGRAFIA
ABNT. NBR ISO 14040 - Gestão Ambiental; Avaliação do ciclo de vida – Princípios e
estrutura. Rio de Janeiro, 2001.
BRANCO, Samuel Murgel; Eduardo, Murgel. Poluição do Ar, São Paulo: Editora Moderna,
2000.
BRASIL. Lei nº 11.097 de 13 de janeiro de 2005. Dispõe sobre a introdução do biodiesel na
matriz energética brasileira; altera as Leis nºs 9.478, de 06 de agosto de 1997, 9.847, de
26 de outubro de 1999 e 10.636, de 30 de dezembro de 2002; e dá outras providências.
Disponível em: www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2004-2006/2005/Lei/L11. Acesso em: 08
de maio de 2008.
FELLENGBERG, Gunter. Introdução aos problemas da poluição ambiental, São Paulo.
EPU: Springer: Ed. da Universidade de São Paulo, 1980.
ATKINS, Peter e JONES, Loretto. Princípios de Química; Bookman, Porto Alegre, 2001.
GERIS, Regina; SANTOS, Nádia; AMARAL, Bruno; MAIA, Isabelle; CASTRO, Vinícius;
CARVALHO, Reação de Transesterificação para Aulas Práticas de Química Orgânica.
Química Nova, Salvador – BA, vol. 30, Nº05. 1369-1373, 2007.
KNOTHE, Gerhard, et al, Manual do Biodiesel, São Paulo: Edgard Blucher, 2006.
MARENGO, José A. Mudanças climáticas globais e seus efeitos sobre a biodiversidade:
caracterização do clima atual e definição das alterações climáticas para o território
brasileiro ao longo do século XXI. Brasília: MMA, 2006.
PAULILLO, Luiz Fernando et al. Álcool combustível e biodiesel no Brasil: quo vadis?
2007. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S010320032007000300001&lng=pt&nrm=iso. Acesso em: 14 de março 2008.
SUARES, Paulo e MENEGHETTI, Simoni, 70º Aniversário do Biodiesel em 2007:
Evolução histórica e situação atual no Brasil, Brasília – DF, vol. 30, Nº08. 2068-2071,
2007.