SÍNTESE DE BIODIESEL A PARTIR DO ÓLEO DE PALMA REFINADO (Elaeis guineensis) VIA CATÁLISE ENZIMÁTICA

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Físico-Química

Autores

Santos, F.S. (UFPA) ; Mares, E.K.L. (UFPA) ; Santos Neto, O. (UFPA) ; Campos, W.E.O. (UFPA) ; Silva, L.F. (UFPA) ; Costa, C.E.F. (UFPA) ; Rocha Filho, G.N. (UFPA) ; Zamian, J.R. (UFPA)

Resumo

Foram realizadas sínteses de biodieseis a partir do óleo de palma refinado (Elaeis guineensis) via catálise enzimática, analisando o rendimento e a pureza dos produtos. Foi mantida uma relação de H2O (3%), concentração de enzima 1% e KOH (0,5%) e temperatura de 35°C para todas as reações, enquanto que a razão molar álcool:óleo de (7:1) e (6:1) foi o fator diferenciador das reações. Verificou-se o indicie de acidez e viscosidade do produto. A melhor reação para a produção de ésteres metílicos foi a do óleo de palma refinado, com pureza de 97%.

Palavras chaves

Palma; Biodiesel; Catálise enzimática

Introdução

Atualmente, o petróleo é a principal fonte de energia utilizada no mundo, porém, a busca por combustíveis alternativos tem crescido nos últimos anos, uma vez que os combustíveis fósseis são os principais agentes responsáveis pelas emissões de gases poluentes (MAGALHÃES, 2010). Há uma motivação crescente em diversos centros de pesquisas para a produção e aperfeiçoamento dessas fontes de energia alternativa de baixo impacto ambiental e renovável. Entre os combustíveis alternativos destaca-se o biodiesel, ésteres de ácidos graxos, que é produzido a partir de fontes renováveis, tais como os óleos vegetais ou gorduras animais, através do processo de transesterificação com um álcool podendo a reação ser catalisada por álcalis, ácidos ou enzima (KNOTHE, et al. 2006). As enzimas (mais especificamente, lipases), podem ser utilizadas como catalisadores nas reações de transesterificação de triglicerídeos (MAGALHÃES, 2010). O biodiesel é um combustível ambientalmente limpo quando comparado ao diesel de petróleo, pois o mesmo reduz as emissões dos gases poluentes, além de ser biodegradável e atóxico, uma vez que está livre de compostos sulfurados e aromáticos (BENEVIDES, 2011). A palma (Elaeis guineensis), popularmente chamada de dendê, é de origem africana tendo como centro específico de origem, a região do Golfo da Guiné. Introduzida na Bahia no final do século XVI, posteriormente levada à região amazônica, onde se predominam as maiores áreas cultivadas (VENTURIERI, et al. 2009). Logo, neste trabalho será investigado a produção de biodiesel a partir dos óleos de palma bruto e refinado via catálise enzimática, analisando seus os teores de ésteres, assim como as propriedades físico-químicas, e será observado a influência da razão molar de álcool no desempenho da enzima.

Material e métodos

O óleo de palma refinado foi cedido pela Agropalma S. A – Belém/PA. A enzima Callera TRANS L foi cedida pela empresa Novozymes Latin America Ltda – Araucária/PR. O álcool metílico (99,8%) foi comprado da empresa Impex. Um reator de batelada da marca Parr Instrument Company modelo 4848 de 600 mL provido de um sistema de aquecimento e agitação foi utilizado na reação de transesterificação de refinado com acidez de 0,9 mg KOH.g-1 e viscosidade de 43 mm2.s-1. Inicialmente, 50 g do óleo de palma foram transferidos para um bécher e aquecidos a 40 °C, e posteriormente para um reator de batelada. Após, adicionou-se 0,5% (m/m) de KOH 0,1N. As quantidades de H2O (3% em relação a massa de óleo), metanol razão molar (7:1) (álcool:óleo) e enzima (1% em relação a massa de óleo), foram adicionadas e processadas sob agitação de 600 rpm na temperatura de 35 °C por um período de 24h. A adição do metanol foi fracionada em sete alíquotas, 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 a 100 °C por 5 min. Após lavagem e secagem determinou-se o rendimento estequiométrico dos produtos de cada reação. Foi utilizando um cromatógrafo Variam CP 3800, para a determinação do teor de éster nos produtos reacionais. A viscosidade cinemática foi determinada de acordo com método ASTM D455 em equipamento modelo AVS 350 da marca SCHOTT. O índice acidez foi determinado por titulação ácido-base utilizando solução de KOH 0,1 N como titulante conforme o método AOCS Ca 5a-40.

Resultado e discussão

Os resultados para cada reação são demonstrados na tabela 1. Conforme a tabela, o rendimento da reação foi alto, um indicativo que houve perdas mínimas em massa, durante o processo. Durante o processo de lavagem formou-se emulsão, um indicativo da presença de parcelas de mono e diacilglicerídeos. Comparando-se a acidez e a viscosidade do produto com a do óleo, observa-se a diminuição dos valores dessas propriedades. A acidez e viscosidades baixas são indícios da formação do éster metílico, além dos mono e diacilglicerídeos. O teor de éster de 59,5% para o biodiesel de razão molar (7:1) foi abaixo do esperado, indicando que a razão molar utilizada de metanol inativou o catalisador parcialmente, visto que a quantidade alta desse álcool afeta a conformação da enzima, e consequentemente seu desempenho (NORDBLAD, et al. 2014). Em outros estudos de síntese de biodiesel a partir do óleo com a enzima Callera trans L já foram obtidos um teor de éster de 96,3 ± 0,8 %, utilizando uma razão molar de (6:1) explicitados na tabela 1. A enzima provavelmente foi inibida ou desnaturada pela maior quantidade de metanol necessário para atingir a razão de (7:1) (NORDBLAD, et al. 2014) devido seu teor de éster de 59,5%, o que difere do comportamento observado para catalisadores químicos em normalmente que utiliza-se um excesso de álcool devido à reversibilidade da reação havendo, dessa forma, um deslocamento do equilíbrio no sentido de formação dos produtos (MAGALHÃES, 2010). A reação realizada com a razão molar de (6:1) apresentou um teor de éster de 97%, acima do que a especificação da resolução Nº 45/2014 da ANP. A acidez do produto foi de 5,0 mg KOH.g-1, valor este que é semelhante ao encontrado na literatura, para as melhores condições utilizando a mesma enzima.

Conclusões

Conclui-se que produção de um biodiesel de 97% de pureza e com um rendimento de 90%, é possível desde que a dosagem de álcool seja cuidadosamente administrada, para que as condições do meio reacional sejam menos agressivas ao catalisador. O sistema entra em equilíbrio cinético, no qual as parcelas de ácidos graxos não são mais convertidas, o que explica a alta a acidez de 4,9 mg KOH g-1 para a razão de (6:1). A reação (7:1) evidencia um feito negativo do excesso de álcool no sistema cujo teor de éster foi de 59%, fator limitante no desempenho da enzima.

Agradecimentos

Ao Laboratório de Pesquisa e Análises de Combustíveis (LAPAC), Laboratório de Catálise e Oleoquímica (LCO) e a Fundação de Amparo e Desenvolvimento da Pesquisa (FADES

Referências

ANP, Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Disponível em: <http://www.anp.gov.br/> Acessado em 25/05/2016.
BENEVIDES, M. S. L.; Estudo sobre a produção de biodiesel a partir de oleaginosas e análise de modelos cinéticos do processo de transesterificação via catálise homogênea. Trabalho de conclusão de curso (bacharel em ciências) – Universidade Federal do Semiárido. Angicos- RN. 75f. 2011.
CESARINI, S; DIAZ, P; NIELSEN, B. P. M. Exploring a new, soluble lipase for FAMEs production in water-containing systems using crude soybean oil as a feedstock. Process Biochemistry. Vol 48, p. 484–487, 2013.
KNOTHE, G.; GERPEN, J. V.; KRAHL, J. Manual de biodiesel. São Paulo: Edgard Blücher, 2006.
MAGALHÃES, S. P. Estudo de modelos cinéticos para a reação de transesterificação enzimática de óleos vegetais. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) – UFRJ, Escola de Química. Rio de Janeiro- RJ. 161 f. Rio de Janeiro, 2010.
NORDBLAD, M.; V SILVA, T. L.; NIELSEN, P. M.; WOODLEY, J. M. Identification of Critical Parameters in Liquid Enzyme-Catalyzed Biodiesel Production. Biotechnology and Bioengineering. Vol.111, 2446-2453, 2014.
VENTURIERI, A.; FERNANDES, W. R.; BOARI, A. de J.; VASCONCELOS, M. A. Relação entre ocorrência do amarelecimento fatal do dendezeiro (Elaeis guineensis Jacq.) e variáveis ambientais no estado do Pará. In: Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Natal, INPE, p.523-530. 2009.