A produção de biodiesel a partir de óleos alimentares usados

Abstract

A necessidade do consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da industrialização e da população. O ambiente e energia são temas fundamentais nas sociedades modernas, e o interesse público terá que ser urgentemente objecto de medidas activas na procura de energias alternativas e, consequente, preservação do meio ambiente. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente do petróleo, do carvão e do gás natural. No entanto, a decrescente reserva de combustível fóssil e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade por uma fonte alternativa de energia. O biodiesel, biocombustível proveniente de matérias-primas naturais e renováveis, como óleos vegetais, gorduras animais e óleos/gorduras residuais, pode ser utilizado como substituto do gasóleo, em motores de ignição por compressão. Esta alternativa aparece como uma escolha atractiva, principalmente devido aos seus benefícios ambientais. Essas vantagens abrangem o facto de ser biodegradável, não ser tóxico e da sua combustão reduzir a emissão de gases que causam o efeito de estufa. Há várias formas de produzir biodiesel, mas o método geralmente usado é a transesterificação de óleos vegetais. A principal barreira na comercialização deste biodiesel é o alto custo do óleo vegetal virgem. Deste modo, o óleo alimentar usado (OAU), como não apresenta este inconveniente, é uma alternativa para a produção de biodiesel. A utilização de OAU’s, como matéria-prima para a produção de biodiesel, tem a vantagem de permitir a valorização de um resíduo que actualmente não possui um destino final adequado. A deposição de OAU é geralmente efectuada na rede de saneamento ou nos solos e, por isso, muito problemática a nível ambiental. Por um lado podem causar problemas de funcionamento nas Estações de Tratamento de Águas Residuais e, por outro, contaminar a água e os solos do meio ambiente. A viabilidade do biodiesel, do ponto de vista económico e social, está relacionada com a diminuição das importações de petróleo; e com o aproveitamento energético de OAU’s que constitui um benefício para a sociedade, pois cria alguns postos de trabalho directos e indirectos; permite uma redução dos terrenos em pousio, evitando a desertificação; e possibilita a criação de uma nova actividade económica auto-suficiente. Ao biodiesel também estão associadas algumas desvantagens, principalmente os elevados custos de produção que o tornam pouco competitivo, a menos que existam incentivos fiscais; e as grandes quantidades exigidas em Portugal e que, actualmente, não são passíveis de serem produzidas para suprir as necessidades, usando os OAU’s. Mesmo que o biodiesel provenha de várias fontes (de OAU’s e oleaginosas), há sempre a questão da produção deste combustível poder concorrer com matérias-primas que têm outros fins. De forma a haver sustentabilidade com outras fontes de energia renovável, tem que existir uma boa articulação entre todas. Ambientalmente, salienta-se como limitação ao uso de biodiesel os aumentos nas emissões de aldeídos, NOx e acroleína. O presente estudo teve como objectivos o levantamento da situação da produção de OAU’s e a avaliação do seu potencial para a produção de biodiesel. Tal facto exige o estudo de toda problemática da utilização dos OAU’s na produção de biodiesel. Neste sentido, efectuou-se uma sistematização, análise e discussão da extensa e diversa informação que existe disponível sobre o tema acima referido, incluindo as tecnologias para produção de biodiesel a partir de óleos vegetais usados, disponíveis no mercado. Na fase seguinte planeou-se um estudo preliminar de transformação de OAU’s para obtenção de biocombustíveis, pelo que se começou a trabalhar com ácido oleico, testando a sua transformação enzimática no éster metílico correspondente e avaliando o rendimento desta transformação em função de vários parâmetros experimentais. A fase seguinte consistiria em aplicar as mesmas condições para os OAU’s, contudo o tempo não possibilitou avançar para esse estudo. Fica a sugestão para um trabalho futuro. Por fim, procedeuse à identificação do potencial de utilização de biodiesel e os impactes que daí podem advir, principalmente ao nível do ambiente. Para este trabalho experimental fez-se variar dois parâmetros, o volume total (ácido oleico e metanol) e a velocidade de agitação (rotação). A proporção de enzima:álcool:metanol foi mantida constante, usando-se 3% (m/m) de enzima e uma relação de 10 mol de metanol:1 mol de ácido oleico. Com este estudo, constatou-se que o rendimento aumenta proporcionalmente com a diminuição do volume de metanol e de ácido, ou seja, quanto maior o volume menor é o rendimento da reacção. Verificou-se ainda que, para a gama de rotações em estudo (de 50 a 200 rpm), a conversão é máxima quando a velocidade é de 125 rpm e o volume é mínimo. Quando se aumenta o volume, indiferentemente da rotação, o rendimento diminui. A melhor conversão de ácidos em esteres foi obtida com o menor volume (5 mL) e com uma rotação intermédia, de 125 rpm.

ABSTRACT: The need to consume energy has been increasing continuously and directly proportional to the growth of both the industrialization and population. Environment and energy are the fundamental issues in modern societies, and the common interest has to be an urgent subject of active measures in searching of alternative energies and, consequently, the environment´s preservation. Most of the World´s consumed energy is, still, originated from oil, coal and natural gas. However, the decreasing reserve of fossil fuel and air pollution produced by its use, estimulate and increase the need of an alternative energy resource. The biodiesel, biofuel originated from natural and renewed raw material, like vegetable oil, animal grease and residual oil/fat, can be used as a substitute of oil, on ignition by compression motors. This option appears as an attractive choice, mostly because of its environmental benefits. These benefits cover the fact of being biodegradable, non-toxic and its combustion reduces the gases´emission which cause the greenhouse effect. There are many ways to produce biodiesel, but the most common method is the transesterification of vegetable oils. The main obstacle in commercializing this biodiesel is the high cost of virgin vegetable oil. Thus, used cooking oil (UCO), because it doesn´t present this inconvenient, is an alternative to produce biodiesel. The use of UCO´s, as raw material for biodiesel production, has the advantage of allowing the recovery of a residue that nowadays doesn´t have a proper final destination. The UCO´s deposition is generally made in the sewage network or in the soil, and therefore, highly problematic on environmental level. On the one hand, they can cause functional problems to the Waste Water Treatment Plants, and on the other, they can contaminate the water and the soil environment. The biodiesel’s viability, from the social and economic’s point of view, is related to the decreasing of the oil’s importations; and to the UCO’s energy which is a benefit to the society, because it creates some direct and indirect working places; it allows a reduction of the fallow land, avoiding the desertification; and it possibilities the creation of a new self-sufficient economic activity. There are some disadvantages associated to the biodiesel, mainly it´s high production costs, which make it less competitive, unless there are some tax benefits; the amount of biodiesel required in Portugal nowadays isn´t possible of being produced to cover all the needs, using UCO’s. Even if the biodiesel can be originated from several sources (UCO’s and vegetable oils, there is a possibility that this type of fuel could compete with other raw materials, which have other uses. So that can be some sustentability with other renewable energy sources, they must coexist well with each other. Environmentally, the use of biodiesel is limited by the increase of aldehydes, nitrogen oxides and acrolein emissions. The present study had as goal the survey of the UCO´s situation and the evaluation of its potential in producing biodiesel. Such fact demands the study of the whole problem in using UCO´s to produce biodiesel. In this sense, one has made a systematization, analysis and debate of the extensive and diversified information that is available on the referred subject, including the technologies for biodiesel production from used vegetable oils, available in the market. In the following phase was planning a preliminary study of transformation of UCO´s for biodiesel obtaining, for that I began to work with oleic acid. I intended to test the enzymatic transformation in the methyl ester corresponding and to evaluate the yield of this transformation in function of several experimental parameters. The following phase would consist of applying the same conditions for UCO´s, however the time didn't make possible to move forward for that study. It is the suggestion for a future work. Finally, was made a identification of the potential of biodiesel use and the impacts that can occur, mainly at the level of the environment. For this experimental work, two parameters were changed, the total volume (oleic acid and methanol) and the stirring speed (rotation). The enzyme proportion:alcohol:methanol was kept constant, by using 3% of the enzyme and a relation of 10 mol of methanol:1 mol of oleic acid. With this study, it was shown that the yield increases proportionally with the decreasing of methanol and acid´s volume: the higher the volume, the lower the reaction´s yield. It is shown that, for the studied range of rotations (from 50 to 200 rpm), the conversion reaches its maximum when the speed is 125 rpm and the volume is minimum. When the volume is increased, indifferently of the rotation, the yield decrease. The better conversion of acids in esters was obtained with the lower volume (5 ml) and with an intermediate rotation of 125 rpm.