Produção e caracterização físico-química de Biodiesel obtido a partir do óleo da amêndoa de babaçu (Orbygnia sp).

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Físico-Química

Autores

Leite, M.R. (UFMA) ; Costa, A.O. (UFMA) ; Dall'oglio, D.F. (UFMA) ; Furtado, J.L.B. (UFMA)

Resumo

Neste estudo foi produzido e caracterizado biodiesel obtido a partir do óleo da amêndoa de babaçu. O óleo foi adquirido no comercio local e por extração via Soxhlet. Foi avaliado o rendimento e alguns parâmetros físico-químicos. Os valores encontrados para biodiesel de óleo comercial e pelo método de extração via Soxhlet foram respectivamente: índice de acidez 0,34 mg e 0,39 mg KOH/g; índice de iodo 38,72 e 36,14 gI2/100g; índice de saponificação 276,47 e 278,02 gKOH/100g; densidade 865,5 e 876,5 Kg/m3 e viscosidade 3,0 e 2,9 mm2/s. Os parâmetros avaliados estão dentro dos limites estabelecidos pela ANP e os rendimentos, 87% para o óleo comercial e 89% para o óleo extraído via Soxhlet, demonstram a viabilidade da produção de biodiesel através do óleo de babaçu.

Palavras chaves

Biodiesel; Babaçu; Transesterificação

Introdução

O avanço tecnológico, seguido do crescimento da população mundial, tem resultado em uma demanda cada vez maior de energia no mundo. O petróleo, assim como o gás natural e o carvão mineral, são combustíveis fósseis que representam a maior parte da energia primaria consumida. Entretanto, essas são fontes não renováveis que liberam na queima particulados poluentes, nocivos ao meio ambiente e a saúde humana. Com base nesses prognósticos, o biodiesel vem sendo utilizado em adição ou substituição do diesel nos setores de transportes e geração de energia em todo o mundo, contribuindo para minimizar a dependência das importações do petróleo, como também para a redução da poluição ambiental, através da diminuição das emissões de gases poluentes (KNOTHE et al., 2006; FERRARI et al., 2005). Desde 2014, o percentual de biodiesel adicionado ao diesel vem crescendo continuamente, diante disso, nota-se a necessidade de aumentar a produção de biodiesel para suprir a demanda deste combustível em todo o Brasil (RESOLUÇÂO CNPE nº 6, 2009). O Brasil possui uma das maiores áreas agricultável do mundo, com climas que favorecem o cultivo de grãos e oleaginosas como soja, dendê, algodão, milho e babaçu que poderão ser exploradas para produção de biodiesel. Desta diversidade de matrizes oleaginosas são extraídos óleos com constituições químicas diferentes. Este fato estimula estudos mais específicos de caracterização físico-química e de comportamento térmico e oxidativo do óleo utilizado e do biodiesel produzido (SANTOS, 2008). O Nordeste brasileiro possui uma rica diversidade de plantas oleaginosas como o dendê, a mamona, o pequi, o babaçu, dentre outras. Esta região é privilegiada por possuir boa parte dessas plantas, com destaque para o babaçu que possui uma área com cerca de 12 milhões de hectares plantados, sendo que 80% destes se concentram no estado do Maranhão, que em 2010 foi responsável pela extração mensal de cerca de 140.000 toneladas do fruto. (IBGE, 2010). No entanto, o potencial do babaçu continua pouco explorado, sendo que seu aproveitamento econômico esta voltado principalmente para produção de carvão, óleo comestível, farinha, sabonetes, gás e lubrificantes. Para fins de produção de biodiesel, o óleo de babaçu extraído das amêndoas, por ter composição predominante de triacilglicerídeos de ácidos láuricos, possui excelentes qualidades para a transesterificação devido à sua cadeia curta que interage mais efetivamente com o agente transesterificante, obtendo-se um biodiesel com excelentes características físico-químicas (LIMA et al., 2007a). Pelo exposto acima, tendo em vista que o estado do Maranhão possui a maior área plantada de babaçu do país e sendo a oferta de matéria prima uma das principais barreiras para a prática de uma produção extensiva do biodiesel, o presente estudo teve como objetivo produzir e caracterizar biodiesel obtido a partir dos óleos da amêndoa de babaçu comercial e extraído em laboratório (extração por Soxhlet), através da rota metílica utilizando catálise alcalina. Os parâmetros físico-químicos foram comparados com os padrões das normas analíticas da ASTM (American Society for Testing & Materials) e ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).

Material e métodos

A matéria-prima (óleo de babaçu) foi adquirida de duas formas: em uma usina beneficiadora localizada no município de Vargem Grande no Estado do Maranhão, e por meio de extração via Soxhlet, utilizando hexano como solvente. Para a obtenção do óleo via extração, os frutos de coco babaçu foram coletados na zona rural do município de Chapadinha – MA, as amêndoas foram separadas dos cocos por meio da quebra manual, trituradas, pesadas e levadas para secagem em estufa ventilada por aproximadamente 72 h sob temperatura de 65ºC para eliminar a umidade. Foram preparados cartuchos de papel de filtro com 15 g de amostra e pesados para se obter a massa total (amostra + papel do cartucho), adicionou-se 250 mL de hexano no balão do equipamento e iniciou-se o processo de extração com controle de tempo. Durante a extração, o fluxo de hexano nos extratores foi mantido constante e após 8 horas de refluxo, as amostras forma retiradas obtendo uma mistura de óleo e hexano no balão. O processo de recuperação do hexano foi realizado em rota evaporador, técnica aplicável em destilações sob temperaturas controladas e vácuo constante. Com cerca de 15 minutos nas condições do equipamento (vácuo e temperatura de 60ºC), pôde-se separar o hexano do óleo vegetal extraído. Para síntese do biodiesel metílico de babaçu via catálise básica, foram empregadas as seguintes etapas: primeiramente foi preparada uma solução de metóxido de potássio (íon catalisador), por meio da diluição de 0,75 g de KOH em 17,5 ml de álcool metílico. Esta solução catalítica foi aquecida à 45º C, sob agitação e adicionada em 50 g de óleo de babaçu contido em um erlenmeyer sobre um agitador magnético com aquecimento. A mistura permaneceu em agitação constante por 20 minutos, com temperatura variando entre 45º e 50º C, até que ocorresse a completa reação de transesterificação. Após a reação de transesterificação, transferiu-se a mistura para um funil de decantação, que permaneceu em repouso por 30 minutos, obtendo a separação de duas fases: a fase glicerol e a fase ésteres. Separou-se a fase glicerol da fase de ésteres a fim de calcular o rendimento da reação, com base na massa de cada um dos produtos. A fase ésteres (biodiesel) foi submetida à lavagem ácida (solução HCl 1%) e com água destilada. Após a lavagem o biodiesel foi levado à estufa a uma temperatura de 110º C, onde permaneceu por 1 hora para evaporação da água residual usada no processo de lavagem. Para a caracterização dos parâmetros físico-químicos do biodiesel (índice de acidez, índice de iodo, índice de saponificação, massa específica a 20ºC, e viscosidade cinemática a 40ºC) foram empregadas as metodologias do Instituto Adolf Lutz (2008), e os valores comparados com as normas da ASTM, EN/ISO e ABNT indicadas na Resolução nº7 da ANP.

Resultado e discussão

A Figura 1 mostra a diferença de coloração entre óleo de babaçu obtido pelo método de extração por Soxhlet (A) e o óleo comercial (B). A cor amarelada observada no óleo comercial é resultante das altas temperaturas empregadas no processo de obtenção e de impurezas contidas na matéria prima. O óleo extraído via Soxhlet é mais claro devido o processo ocorrer em temperaturas mais brandas e por separar somente a parte solúvel em hexano. Segundo a literatura, a cor do óleo pode servir como parâmetro empírico para avaliar a qualidade do mesmo, ou seja, óleo mais claro é tido como de maior qualidade. A Tabela 1 apresenta os resultados das análises físico-químicas obtidos para os biodieseis produzidos a partir do óleo de babaçu comercial e por extração, comparando com os limites estabelecidos pela ANP. O índice de acidez compreende uma das analises mais importantes na caracterização do biodiesel, pois mensura o teor de ácidos graxos livres que estão contidos no biodiesel, sendo esses oriundos do processo de produção ou degradação do biodiesel. Uma elevada acidez dificulta a reação de transesterificação e pode causar deposição de sedimentos no motor e desgaste da bomba e filtro de combustível (Van Gerpen et al., 2004). De acordo com os valores apresentados, o índicie de acidez do biodiesel de óleo babaçu comercial e por extração apresentaram valores respectivos de 0,3438 mg KOH/g de óleo e 0,3963 mg KOH/g de óleo, atendendo ao limite exigido pela ANP, que aceita até no máximo 0,5 mg KOH/g de óleo. A determinação do índice de iodo segundo CECCHI (2003) é importante para a classificação de óleos e gorduras e para o controle de alguns processamentos inclusive para determinar a qualidade do biodiesel, além da análise de triacilglicerídeos, de ácidos graxos livres e seus produtos hidrogenados. Os valores encontrados para este parâmetro foram 38,72 gI2/100 g para o biodiesel do óleo de babaçu comercial e 36,14 gI2/100 g para o biodiesel do óleo de babaçu por extração. Os resultados enquadram-se dentro dos valore exigidos pela ANP que estão entre 21 e 50 gI2/100g. O índice de saponificação é uma indicação da quantidade relativa de ácidos graxos de alto e baixo peso molecular. Os ésteres de ácidos graxos de baixo peso molecular requerem mais álcali para a saponificação, portanto o índice de saponificação é inversamente proporcional ao peso molecular dos ácidos graxos presentes nos triacilgliceróis. Isto acontece porque, em um mesmo peso de amostra, a quantidade de grupos carboxílicos será maior em triacilgliceróis com ácidos graxos de baixo peso molecular, e, consequentemente, o consumo de KOH será maior (maior I. S.) e vice-versa. O índice de saponificação apresentou respectivamente valores de 276,47 g KOH/100g e 278,0283 g KOH/100g de óleo. Apesar de não existir um limite específico estabelecido pela ANP para o índice de saponificação no biodiesel, é importante ressaltar que quanto maior for o valor deste, mais susceptível a ocorrência de saponificação o biodiesel vai estar, reduzindo seu rendimento reacional. Tendo por base que Lima (2007), produziu biodiesel a partir do óleo de babaçu e encontrou um valor de 233,0 g KOH/100g de óleo para o índice de saponificação, isso infere que neste trabalho os valores obtidos para esse parâmetro demonstram coerência com os encontrados na literatura. Os valores referentes à massa especifica (densidade), de um combustível permite avaliar o funcionamento das bombas injetoras, responsáveis por dosar o volume de combustível nos motores. A variação nesta quantidade pode provocar alterações na relação de massas ar/combustível provocando um aumento nos teores de gases poluentes devido à ocorrência de reações incompletas. Os valores obtidos do óleo de babaçu comercial e babaçu extraído em laboratório, foram de 865,5 Kg/m3 e 876,5 Kg/m3 respectivamente, se enquadrando nos limites estabelecidos pela ANP, que impõe de 850 a 900 Kg/m3. Outro parâmetro de relevante importância é a viscosidade, que assim como a densidade aumenta de acordo com o comprimento da cadeia carbônica e com o grau de saturação, influenciando no processo de queima na câmara de combustão. Valores altos de viscosidade ocasionam heterogeneidade na combustão do biodiesel, isso se deve ao fato de que ocorre a diminuição da eficiência de atomização, resultando na deposição de resíduos no motor. Os biodieseis produzidos neste trabalho apresentaram valores de 3,0 mm2/s e 2,9 mm2/s, os quais estão dentro dos valores estabelecidos pela ANP, entre 3,0 e 6,0 mm2/S. O rendimento do biodiesel também mostrou-se satisfatório, apresentando respectivamente, 87% e 89% para os biodiesel de óleo comercial e por extração, o que indica uma excelente taxa de conversão.

(A) óleo de babaçu extraído em laboratório; (B) óleo de babaçu comercial.


Caracterização físico-química do biodiesel de babaçu comercial e por extração.

Conclusões

Foi possível produzir biodiesel de óleo de babaçu através da rota metílica utilizando catálise básica. Os resultados foram satisfatórios, uma vez que foi alcançado rendimentos de 87% de ésteres para biodiesel obtido do óleo comercial e 89% para o óleo extraído por Soxhet. Esse fato demonstra que o óleo extraído em laboratório possui uma maior pureza que o encontrado no comércio. A caracterização físico-química dos biodieseis realizada demonstrou valores que se enquadram aos limites estabelecidos pela ANP. Por efeito comparativo, os biodieseis de óleo de babaçu comercial e por extração via Soxhlet apresentaram valores semelhantes, não havendo diferença significativa entre os mesmos. Portanto, a produção de biodiesel a partir de óleo de babaçu é um caminho bastante promissor para o município de Chapadinha – MA, uma vez que esta oleaginosa é abundante na região.

Agradecimentos

À FAPEMA pelo suporte financeiro e ao CCAA/UFMA pela disponibilidade estrutural.

Referências

ANP - Agência Nacional de Petróleo Gás Natural e Biocombustível. Resolução nº. 7, de 19 de março de 2008 (DOU 20.3.2008). Regulamento Técnico n° 01/ 2008. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 2008a.

CECCHI, H. M. Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos. Editora da UNICAMP: 2º Ed. rev.- Campinas, SP, editora da UNICAMP, 2003. 207p.

FERRARI, R. A.; OLIVEIRA, V. S.; SCABIO, A. Biodiesel de Soja – Razão de Conversão em Ésteres Etílicos, Caracterização Físico-Química e Consumo em Geradores de Energia. Química Nova, v. 28, n. 1, p. 19-23, 2005.

INSTITUTO ADOLFO LUTZ – Normas analíticas, métodos químicos e físicos para análise de alimentos. 4 ed. São Paulo: Instituto Adolfo Lutz, 2008.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA – IBGE. Senso de extrativismo. Indicadores de volume. 2010.

KNOTHE, G.; GERPEN, J. V.; KRAHL, J.; RAMOS, L. P. Manual do Biodiesel. São Paulo: Blücher, 2006. 352 p.

LIMA, J. R. O.; SILVA, R. B. S.; SILVA, C. C. M.; SANTOS, L. S. S.; SANTOS JUNIOR. J. R.; MOURA, E. M.; MOURA, C. V. R. Biodiesel de Babaçu (Orbignya sp.) obtido por via etanólica. Química Nova, v. 30, n. 3, p. 600-603, 2007b

LIMA, J. R. O.; SILVA, R. B. S.; SILVA, C. C. M.; SANTOS, L. S. S.; SANTOS JUNIOR, J. R.; MOURA, E. M.; MOURA, C .V. R. Produção de biodiesel a partir de potenciais oleaginosas do Nordeste. 2007a. Disponível em:< https://sec.sbq.org.br/cdrom/30ra/resumos/T1238-1.pdf.> 2007a. Acesso em: 23 maio. 2015.

RESOLUÇÃO CNPE Nº 6, DE 16.09.2009 – DOU 26.10.2009. Disponível em: <http/www..anp.gov.br> acessado em 22 de março de 2012.

SANTOS, J. Biodiesel de babaçu: avaliação térmica, oxidativa e misturas binárias. 2008. 103f. Tese (Doutorado em Química) Programa de Pós Graduação em Química, Universidade Federal de Pernambuco, João Pessoa. 2008.

VAN GERPEN, J.; SHANKS, B.; PRUSZKO, R.; CLEMENTS, D.; KNOTHE, G. Biodiesel Production Technology. Nacional. Midwest Research Institute, Renewable Energy Laboratory, p. 105, 2004.