PRODUÇÃO DE BIODIESEL METÍLICO DE PALMA VIA CATÁLISE ENZIMÁTICA: OTIMIZAÇÃO DAS CONDIÇÕES REACIONAIS

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Físico-Química

Autores

Conceição, L.R.V. (PPGQ/UFPA) ; Santos Neto, O. (PPGQ/UFPA) ; Mares, E.K.L. (PPGQ/UFPA) ; Furtado, R.M. (IC/UFPA) ; Santos, F.S. (IC/UFPA) ; Pereira, H.J.C. (IC/UFPA) ; Rocha Filho, G.N. (FQ/UFPA) ; Zamian, J.R. (FQ/UFPA)

Resumo

A produção do biodiesel a partir do óleo de palma (Elaeis guineensis) realizada via catálise enzimática e aplicando planejamento experimental é estudado neste trabalho. Os efeitos das variáveis, concentração de H2O (3-7%), razão molar álcool/óleo (4,5:1-7,5:1) e concentração de enzima (1-3%) foram investigados sob a resposta rendimento. O processo de síntese foi otimizado utilizando a metodologia de superfície de resposta (RSM). A condição ótima para a produção dos ésteres metílicos de palma foi atingida com concentração de H2O de 3%, razão molar de 7,5:1 e concentração de enzima de 1%.

Palavras chaves

Transesterificação; Óleo de Palma; Otimização (RSM)

Introdução

O crescimento da população nos últimos anos e o aumento na demanda energética exigida pela mesma gera um quadro cada dia mais agravante que levará ao fim da disponibilidade dos recursos energéticos da forma como se conhece hoje [1]. Neste cenário, torna-se de crescente importância o desenvolvimento de rotas alternativas para o suprimento da demanda energética. Com este intuito, estudos enfocando o uso de energias renováveis e fontes energéticas menos agressivas ao meio estão em alta e ganhando espaço nos meios acadêmicos. Dentre os combustíveis, o biodiesel tem encontrado seu espaço no mercado atual, devido as suas inúmeras vantagens, tais como biodegradabilidade, sua origem renovável e por gerar emissões muito menores de uma série de poluentes [2]. O biodiesel pode ser obtido a partir da reação de transesterificação de um óleo vegetal na presença de álcoois primários. Esta reação pode ser promovida por um catalisador ácido, básico ou enzimático, sendo que um excesso do álcool se faz necessário devido reversibilidade da reação [3]. Atualmente, a transesterificação enzimática tem encontrado interesse especial, por se tratar de uma via eficiente, quanto à recuperação do produto, condições e rendimentos reacionais [4]. O dendezeiro é uma palmeira de origem africana, que apresenta melhor desenvolvimento em regiões tropicais com clima quente e úmido. O fruto do dendê produz dois tipos de óleo: o óleo de dendê ou de palma extraído da parte externa do fruto, o mesocarpo; e óleo de palmiste extraído da semente. Neste trabalho, busca-se as melhores condições reacionais para a transesterificação enzimática do óleo de palma. As influências de concentração de H2O, razão molar álcool/óleo e concentração de catalisador são estudadas através de planejamento experimental e RSM.

Material e métodos

O óleo de palma foi gentilmente cedido pela Agropalma S. A – Belém/PA. A enzima Callera TRANS L foi gentilmente cedida pela empresa Novozymes Latin America Ltda – Araucária/PR. O álcool metílico (99,8%) foi comprado da empresa Impex. Um carrossel reacional provido de um sistema de aquecimento, agitação, condensação e um balão de fundo redondo de 250 mL foram utilizados na reação de transesterificação. Inicialmente, 50 g do óleo de palma foi transferido para o balão e aquecido a 40 °C. Após, adicionou-se 0,5% (m/m) de KOH 0,1N. As quantidades de H2O (% em relação a massa de óleo), metanol (razão molar álcool/óleo) e enzima (% em relação a massa de óleo), foram adicionadas de acordo com a Tabela 1, e processadas sob agitação de 600 rpm na temperatura de 35 °C por um período de 24h. O volume total de metanol foi adicionado em dosagens de 5 vezes com intervalo de 1h. Após o fim da reação, a mistura foi centrifugada a 2000 rpm por 5 min para a separação das fases. O biodiesel foi lavado com três porções de 100 mL de água destilada, para a remoção de impurezas como álcool, glicerol residual e catalisador. Em seguida biodiesel foi seco aquecendo-o à 110 °C por 5 min. Após lavagem e secagem determinou-se o rendimento estequiométrico dos produtos de cada reação. O planejamento experimental utilizado trata-se de um planejamento 23 com três réplicas no ponto central. Os efeitos das variáveis independentes concentração de H2O (X1), razão molar álcool/óleo (X2) e concentração de enzima (X3) sobre a resposta rendimento (Y1) do biodiesel de palma foram avaliados usando RSM. O software Statistica (Statsoft, v.7) foi usado para analisar os resultados.

Resultado e discussão

Os resultados de cada reação do planejamento experimental são apresentados na Tabela 1. A Figura 1a) mostra os valores obtidos experimentalmente versus os valores previstos pelo modelo com correlação de R2 = 0,9452, demonstrando que a equação do modelo de regressão descreve com satisfação os dados experimentais no intervalo de estudo. O gráfico de Pareto é mostrado na Figura 1b). As variáveis X1 e X3 e a interação X1X2 apresentaram significâncias no rendimento do biodiesel, pois seus efeitos, (-10,43), (-5,78) e (-8,05) respectivamente, porém, estes efeitos influenciam negativamente no rendimento do biodiesel, ou seja, aumentando as quantidades de X1 e X3, o valor de rendimento tende a diminuir. O gráfico de superfície de resposta da interação das variáveis razão molar e concentração de H2O sobre o rendimento é ilustrado na Figura 1c, onde mostra que rendimentos (acima de 90%) são obtidos quando se utiliza razão molar acima de 6:1 e concentração de H2O abaixo de 4%. A interação das variáveis, concentrações de enzima e H2O sobre o rendimento (Figura 1d), mostra que rendimentos (acima de 90%) é obtido quando se usa os menores valores de concentrações de enzima e H2O, ou seja, valores de 1% e 3%, respectivamente. Quando se trata da interação das variáveis, razão molar e concentração de enzima sobre o rendimento (ilustrada na Figura 1e), nota-se que valores de rendimentos (acima de 90%) são obtidos quando se utiliza razão molar acima de 5:1 associada à concentração mínima de enzima, que é de 3%. Através da otimização dos resultados via RSM, verificou-se que a melhor condição para a síntese enzimática do biodiesel de palma foi concentração de H2O de 3%, razão molar de 7,5:1 e concentração de enzima de 1%, nesta condição, o rendimento previsto pelo modelo é de 97,9%.

Tabela 1. Planejamento experimental para a metanólise do óleo de palma


Figura 1. a) Gráfico: Valores obtidos versus Valores previstos; b) Gráfico de Pareto; c); d) e e) Gráficos de Superfície de Resposta.

Conclusões

Os resultados apresentados neste trabalho ressaltam a eficácia do planejamento experimental e da metodologia de superfície de resposta na produção de biodiesel a partir do óleo de palma. Os efeitos das variáveis concentração de H2O, razão molar e concentração de enzima, na resposta rendimento, indica que dentro dos valores estudados neste trabalho, pode-se chegar a uma conversão de aproximadamente 98%. Vale ressaltar que outros estudos referentes ao ajuste do planejamento experimental estão sendo desenvolvidos e brevemente estarão presentes em outra comunicação científica.

Agradecimentos

À CAPES, pelo suporte financeiro aos autores; Ao Laboratório de Pesquisa e Análise de Combustíveis - LAPAC, pela disponibilidade estrutural.

Referências

[1] G. Maggio; G. Cacciola; Energy Policy 2009, 37, 4761.
[2]. E. Lotero; Y. Liu; D. E. Lopez, K. Suwannakarn; D. A. Bruce, J. G. Goodwin Jr., Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 5353-5363.
[3] CONCEIÇÃO LRV, COSTA CEF, ROCHA FILHO GN, ZAMIAN JR. 2011. Obtaining and characterization of biodiesel from jupati (Raphia taedigera Mart.) oil. Fuel. 90:2945-2949.
[4] SOUZA, L. T. A.; SIMÕES, A. S.; COSTA, A. P. O.; DE CASTRO, H.F. In: IX Simpósio de Hidrólise Enzimática de Biomassas - SHEB 2009, 63.