6º Simpósio Nacional de Biocombustíveis

6º Simpósio Nacional de Biocombustíveis
24 à 26 de Abril de 2013 Canoas / RS
ISBN: 978-85-85905-03-3
PRODUÇÃO DE BIODIESEL ENZIMÁTICO DO ÓLEO DO FRUTO DA
MACAÚBA (Acrocomia aculeata) EM PROCESSO MODO CONTÍNUO
EMPREGANDO SISTEMA DE ULTRASSOM LIVRE DE SOLVENTE.
Scherer, R.P. (URI -CAMPUS DE ERECHIM) ; Santin, C.M.T. (URI -CAMPUS DE ERECHIM) ; Zanatta, J.S.
(URI -CAMPUS DE ERECHIM) ; Dalla Rosa, C. (URI -CAMPUS DE ERECHIM) ; Oliveira, D. (UFSC) ;
Oliveira, J.V. (UFSC)
RESUMO
O emprego de sistemas de ultrassom, apresentam-se como uma alternativa aos processos de
produção de biodiesel convencionais. As cavitações geradas pelo sistema de ultrassom aumentam a
miscibilidade entre os reagentes, reduzem o tempo de reação, aumentam o rendimento e a
seletividade da reação. O objetivo deste trabalho foi o estudo em modo contínuo de produção de
biodiesel através do processo de transesterificação do óleo de macaúba utilizando catalisador
enzimático e empregando sistema de ultrassom em meio livre de solvente orgânico. Foram
estudadas diferentes razões molares óleo/etanol (1:3, 1:6, 1:9) e potências de 0, 61,6 e 154 Watts.
Conversões máximas em ésteres de 74,2% e 66,5% foram obtidas em tempos de 27 e 54 minutos e
razões molares óleo de macaúba/etanol 1:9 e 1:3.
PALAVRAS CHAVES
modo contínuo; macaúba; biodiesel
INTRODUÇÃO
Desenvolver alternativas renováveis de energia tem se tornado necessário devido à possível
escassez de combustíveis fósseis. Dentre os recursos renováveis para produção de combustíveis
alternativos, a modificação de óleos e gorduras tem sido largamente investigada e bem reportada na
literatura (FUKUDA et al., 2001). O processo de produção de biodiesel utilizando ultrassom vem
como alternativa ao processo convencional de produção, uma vez que as cavitações (formação,
aumento e implosão de bolhas no meio reacional) geradas pelo ultrassom aumentam a miscibilidade
entre os reagentes, fornecem energia necessária para a reação, reduzem o tempo de reação,
reduzem a quantidade de reagentes e aumentam o rendimento e a seletividade da reação (YU et al.,
2010). Existem dois processos básicos para síntese de biodiesel, batelada e contínuo, que podem ser
realizados a temperatura ambiente ou mais elevadas, a pressão atmosférica, na presença ou
ausência de catalisadores adequados. O processo contínuo proporciona um menor custo de
produção, a qualidade do produto é uniforme, facilita o controle do processo diminuindo o volume do
reator, reduzindo o tempo de retenção necessária para atingir conversões desejadas (VELJKOVI′C et
al. 2012). Desta forma o objetivo deste trabalho foi estudar o processo de produção de biodiesel
enzimático em modo contínuo e leito empacotado em banho de ultrassom utilizando o processo de
transesterificação do óleo do fruto de macaúba (Acrocomia aculeata).
MATERIAL E MÉTODOS
Para a realização deste trabalho, nas reações de transesterificação utilizou-se como substratos óleo
de macaúba (Acrocomia aculeata) sem nenhum tratamento prévio, álcool etílico (Merck, 99,9 % de
pureza) e a enzima comercial Novozym 435, produzida a partir da lipase de Candida antarctica,
imobilizada em resina acrílica macroporosa de troca iônica, pela Novozymes Brasil/ Araucária-PR. Os
experimentos para produção enzimática de biodiesel foram realizados em um banho de ultrassom
(Unique ultraSonic Cleaner, modelo: USC-1800A, frequência US: 40KHz, potência US:
154W)empregando-se um reator de nylon empacotado com a enzima comercial Novozym 435
submerso no banho de ultrassom à temperatura de 65°C. Investigaram-se as razões molares de
substrato/álcool de 1:3, 1:6 e 1:9, e manteve-se constante a temperatura 65ºC, potencia
ultrassônica de 61,6W e 154W e vazão de alimentação de 0,5 mL/min. Na quantificação dos
produtos da reação, foi usado o padrão interno heptadecanoato de metila, com procedência
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Sigma-Aldrich e como solvente n- heptano (Sigma-Aldrich, 99,9% de pureza). A solução foi injetada
(1μL) em triplicata de amostra em um cromatógrafo gasoso (GC) (Shimadzu 2010), com injetor
automático (Split) e detector de ionização de chama (FID). Utilizou-se a coluna capilar Rtx-WAX (30m
x 0,25mm x 0,25μm) nas condições cromatográficas descritas pela norma nº 14103, do Comitê
Europeu para Padronizações (EN 2001).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nas reações de transesterificação enzimática em ultrassom foi avaliado o teor de ésteres etílicos
produzidos, nas condições experimentais citadas anteriormente. A figura 1 apresenta os resultados
obtidos durante a avaliação cinética do processo, de acordo com o mesmo pode-se observar que o
ultrassom não apresentou influência sobre a conversão em ésteres etílicos obtendo-se a conversão
máxima de 44% e 49% nas potências de 0 e 154W no tempo de 27 minutos, após as conversões
mantem-se em torno de 30% de ésteres até o tempo de 360 minutos. Na figura 2 apresenta os
resultados cinético nas razões molares óleo/etanol 1:3 e 1:9. Observa-se que as maiores conversões
foram obtidas na razão óleo/etanol 1:9 e potência ultrassônica de 154W, sendo a conversão máxima
em ésteres etílicos de 74,2%. De acordo com HSIEH et al. (2006) a razão molar dos substratos
normalmente é um dos parâmetros mais importantes nas reações de esterificação enzimática.
Desde que a reação é reversível, um aumento na concentração de um substrato pode deslocar o
equilíbrio químico, resultando em maiores conversões. Por outro lado, altas concentrações podem
reduzir a taxa de reação devido ao efeito de inibição. A razão molar óleo:etanol é uma das variáveis
mais importantes que afeta o rendimento da reação. A relação estequiométrica de transesterificação
requer três moles de álcool e um mol de triglicerídeos para produzir os três moles de ésteres etílicos
e um mol de glicerol. No entanto, a transesterificação é uma reação de equilíbrio em que uma alta
proporção molar é usada para deslocar a reação para a direita, no sentido de obtenção dos produtos
(YU et al., 2010).
FIGURA 1- Produção de ésteres etílicos de óleo de macaúba modo contínu
Conversão de triglicerídeos do óleo de macaúba em ésteres etilícos. Razão molar 1:6, vazão de alimentação 0,5
mL/min, 65ºC, potência 0 e 154W.
FIGURA 2- Produção de ésteres etílicos de óleo de macaúba modo contínu
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Conversão de triglicerídeos óleo de macaúba em ésteres etilícos. Razão molar 1:3 e 1:9, vazão de alimentação
0,5 mL/min, 65ºC, potências 61,6 e 154W.
CONCLUSÕES
Os resultados da produção de biodiesel em modo contínuo e em sistema de ultrassom livre de
solvente orgânico com enzima Novozym 435 como biocatalisador, mostraram uma perspectiva
promissora para o uso desta técnica, atingindo rendimentos de 74,2% em ésteres obtidos em
condições brandas de operação, irradiação de energia (154W), 65ºC, em tempo de reação
relativamente curto (27 min) e utilizando razão molar 1:9, entretanto no decorrer do processo esta
conversão diminui provavelmente em virtude da formação e acumulo de glicerol na estrutura do
suporte enzimático diminuindo a atividade da mesma.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq e Capes pelo suporte financeiro. A URI - Campus de Erechim pela infra-estrutura.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA
FUKUDA, H.; KONDO, A.; NODA, H. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. Journal of
Bioscience and Bioengineering, v. 92, n. 5, p. 405-416, 2001.
HSIEH, H. J.; NAIR, G.R.; WU, W. T. Production of ascorbyl palmitate by surfactant-coated lipase in
organic media. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 54, p. 5777-5781, 2006.
STANDARD UNE-EN 14103. Fat and oil oil derivatives: Fatty Acid Methyl esters (FAME) –
Determination of ester and linolenic acid methyl ester contents. Asociación Española de
Normalización y Certificación, Madrid, 2001.
VELJKOVIC, V. B.; AVRAMOVIC, J. M.; STAMENKOVIC, O. S. Biodiesel production by ultrasound-assisted
transesterification: State of the art and the perspectives. Renewable and Sustainable Energy
Reviews. v. 16, p. 1193-1209, 2012.
YU, D.; TIAN, L.; WU, H.; WANG, S.; WANG, Y.; MA, D.; FANG, X. Ultrasonic irradiation with vibration
for biodiesel production from soybean oil by Novozym 435. Processes Biochemistry, v. 45, p.
519–525, 2010.
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