Biodiesel a partir de óleo alimentar usado : estudo de catalisadores

Abstract

O crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. A aplicação de óleos alimentares usados – OAU – na produção de biodiesel tem sido alvo de diversos trabalhos de investigação. Com esta aplicação valoriza-se um resíduo de difícil gestão e simultaneamente produz se um combustível a partir de um recurso renovável. O biodiesel é normalmente obtido pela reacção de transesterificação entre um óleo e um álcool, na presença de um catalisador. A natureza do catalisador é muito importante uma vez que afecta o rendimento do processo, a qualidade do produto e os subprodutos gerados. Este trabalho teve como principal objectivo estudar o desempenho de diferentes catalisadores na reacção de transesterificação a partir de OAU e metanol. Foram estudadas, em diferentes condições operacionais, três famílias de catalisadores: homogéneos (NaOH e KOH), heterogéneos (Amberlyst® 15 e Dowex® Monosphere 550A – OH) e enzimáticos (Lipozyme® TL IM, Lipozyme® RM IM e Novozyme® 435). Na catálise homogénea alcalina, o KOH foi o catalisador que apresentou maior rendimento do processo, nas seguintes condições: razão mássica de KOH:OAU=0,8%, razão molar metanol:OAU=7:1 e T =60ºC. O maior rendimento em ésteres conseguido foi de 68%, correspondente a 0,8% NaOH, razão molar metanol:OAU de 7:1 e a 60ºC. No que diz respeito aos catalisadores heterogéneos, o maior rendimento em ésteres atingido foi de 43%, conseguido com a resina Amberlyst® 15, nas condições: razão molar metanol:OAU de 30:1, razão mássica de 6% e uma temperatura de 70ºC. Finalmente na catálise enzimática e no método de adição de metanol por estágios, o maior rendimento em ésteres atingido foi de 69% pela enzima Novozyme® 435, a 40ºC, razão molar metanol:OAU=4:1 e 10% de catalisador. No método de adição de solvente, concluiu-se que o tert-butanol é o mais indicado, tendo-se obtido um rendimento em ésteres de 83%, o maior de todos os ensaios realizados neste trabalho. Nas catálises heterogénea e enzimática não foi possível separar a glicerina do biodiesel produzido. A caracterização do biodiesel produzido na catálise homogénea, segundo alguns parâmetros da EN ISO 14214:2003 revelou incumprimento de quase todos os limites impostos. Os objectivos do presente trabalho foram parcialmente atingidos. Não tendo sido possível indicar inequivocamente o melhor catalisador de entre os diversos estudados. Porém, permitiu a comparação da performance de vários catalisadores de natureza diferente, partindo de uma mesma amostra de OAU. Estudos, sobre a avaliação do desempenho de catalisadores tão distintos na reacção de transesterificação de um OAU, são escassos na literatura consultada. Neste contexto, com o presente trabalho pretendeu darse uma contribuição no domínio da investigação dos biocombustíveis, mas também na optimização de um processo de valorização de um resíduo, que é o óleo alimentar usado.

ABSTRACT: The increasing energy consumption and the non-renewable resources depletion has encouraged the search for alternative energy sources. Using of waste cooking oils - WCO - for biodiesel production has been the subject of several research works. This application allows recovering a waste, with a difficult management, and simultaneously the production of a fuel from a renewable resource. Biodiesel is usually obtained by transesterification of oil with an alcohol in the presence of a catalyst. The nature of catalyst is very important, since it affects the reaction yield, the quality of the product and byproducts generated. The study of performance of different catalysts in WCO transesterification reaction by methanol was the main objective of this work. It was studied three families of catalysts: homogeneous (NaOH and KOH), heterogeneous (Amberlyst® 15 e Dowex® Monosphere 550A – OH) and enzymatic (Lipozyme® TL IM, Lipozyme® RM IM and Novozyme® 435). In homogeneous alkaline catalysis the highest process yield was attained by the KOH catalyst, in the following conditions: molar ratio methanol:WCO of 7:1, 0,8% w/w of catalyst and T = 60º C. The maximum yield in esters was 68%, corresponding to 0,8% NaOH, T =60ºC and molar ration methanol:WCO of 7:1. For the heterogeneous catalysis the highest ester yield achieved was 43%, corresponding to Amberlyst® 15: ratio methanol: WCO of 30:1, 6% w/w of catalyst and temperature of 70 ºC. Finally, in the enzymatic catalysis and for the addition of methanol by stages method, the highest yield in esters of 69% was achieved by Novozyme® 435 enzyme at 40 ºC, molar ratio methanol:WCO = 4:1 and 10% w/w of catalyst. In the method that use solvent, it was concluded that tert-butanol is more appropriated, yielding 83% of esters, the highest of all test performed in this work. In the heterogeneous and enzymatic catalysis the separation of glycerol and biodiesel was unsuccessfully performed. The characterization of biodiesel produced by homogeneous catalysis according to some parameters of EN ISO 14214:2003 do not fulfil the restrictions imposed. The objectives of this work were partially achieved. This study did not allow indicating unequivocally the best catalyst. However, it was possible the performance comparison of different catalysts natures in the transesterification of a same WCO sample. Studies like this are scarce in the literature. In this context, the present work is intended to give a contribution in research of biofuels but also in the optimization of a process of waste recovery, the waste cooking oil.