ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: BALANÇO ENERGÉTICO DA SÍNTESE DE CATALISADORES HETEROGÊNEOS PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL
AUTORES: SILVA, M. G. S. (UFMA) ; BONIERBALE, T. (UFMA) ; NETO, I. S. S. (UFMA) ; SILVA, F. C. (UFMA)
RESUMO: O uso de biocombustíveis pode atuar como agente mitigador de impactos ambientais, prolongando a vida útil do meio ambiente. O biodiesel é produzido a partir da transesterificação de óleos e gorduras, utilizando várias vias catalíticas. A catálise heterogênea apresenta bons rendimentos e contribui para a redução de impactos ambientais. A avaliação do consumo energético de um determinado produto é determinante na tomada de decisões que envolvem benefícios econômicos e ambientais. Desse modo, é importante conhecermos o impacto energético da produção destes catalisadores, buscando aperfeiçoar o processo de produção. Neste trabalho construiremos um ICV analisando o balanço energético da produção de catalisadores heterogêneos na produção de biodiesel.
PALAVRAS CHAVES: biodiesel, catálise heterogênea, balanço energético.
INTRODUÇÃO: Preocupações ambientais destacam a utilização de biocombustíveis como agentes mitigadores dos impactos provocados pelo consumo de combustíveis de origem fóssil. O biodiesel compõe um cenário de possibilidades energéticas na substituição do diesel por apresentar diversas vantagens, tais como: baixa toxicidade, emissões reduzidas, biodegradabilidade e aumento de lubricidade (KNOTHE, 2005).
O biodiesel é obtido pela transesterificação de triglicerídeos, que compõem majoritariamente os óleos e gorduras, em um processo que envolve álcool e catalisador. Podem ser usados catalisadores homogêneos alcalinos (hidróxido de sódio) e ácidos também (acido sulfúrico). Os catalisadores heterogêneos possuem certas vantagens quanto aos homogêneos, devido à diminuição dos impactos dos efluentes aquosos, não promove a formação de sabão e não corroem o reator, além da alta possibilidade de serem reutilizados, devido sua fácil separação dos produtos (PETERSON e SCARRAH, 1984).
Do ponto de vista ambiental, é necessário que haja uma avaliação dos impactos gerados pela produção desse biocombustível via catalítica heterogênea para uma discussão sobre seu real potencial industrial e sobre o aperfeiçoamento do processo de produção. Existem vários métodos de avaliação de impactos ambientais (AIA). Dentre eles, o balanço energético é baseado na quantificação do consumo de recursos energéticos em relação ao potencial energético do produto. Esta avaliação pode levar em consideração o ciclo global de produção ou ser realizada em algumas das etapas de produção. Neste último caso, trata-se de avaliar a contribuição de cada etapa ao gasto energético.
Neste estudo, o objetivo é de realizar o balanço energético da síntese de catalisadores heterogêneos utilizados na produção de biodiesel.
MATERIAL E MÉTODOS: Os catalisadores sintetizados foram BCN (Ba0,05Cu0,005Nb2O5) e BNN (Ba0,05Ni0,005Nb2O5). Os precursores poliméricos foram sintetizados pelo método dos precursores poliméricos. Na Preparação dos precursores foram utilizados os sais de nitrato de bário e cobre, citrato de cálcio e o oxalato amoniacal de nióbio (cedido pela Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração), ácido cítrico e etilenoglicol. Para todos os precursores obtidos foram feitas caracterizações por gravimetria em um forno mufla (EDG, Brasil) a uma temperatura de 900ºC durante 1h. Foram feitos os cálculos onde se determinou a quantidade usada de precursor polimérico para obtenção dos catalisadores.
Misturou-se os precursores poliméricos dos metais requerentes BCN (Ba0,05Cu0,005Nb2O5) e BNN (Ba0,05Ni0,005Nb2O5), antes da pré-calcinada para eliminação da matéria orgânica “puff” o material foi colocado em banho de óleo para eliminar uma parte da água, a etapa seguinte foi o tratamento térmico, através de uma reação do estado sólido (calcinação) à temperatura de 700°C para obtenção dos pós.
A construção do Inventario de Ciclo de Vida (ICV) para a síntese do catalisador heterogêneo foi feito em escala laboratorial no Laboratório de Combustíveis e Catálise e Ambiental (LCCA).
Alguns dados que não puderam ser mensurados foram estimados. O consumo energético nas rampas de aquecimento do forno mufla foi calculado usando o valor da potência máxima e o tempo total; e nos patamares de aquecimento foi considerada apenas a metade do tempo, já que a resistência não está ligada todo o tempo.
A unidade funcional adotada neste estudo é de 1 MJ/g de catalisador heterogêneo sintetizado. A energia consumida foi calculada em kWh e a taxa de conversão para MJ foi feita considerando apenas a energia final.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A quantidade total de energia final gasta para produzir os catalisadores heterogêneos BNN e BCN foi praticamente a mesma, pois a pequena diferença foi resultado da ínfima disparidade entre as contribuições energéticas das resinas de níquel e cobre. As demais resinas e os demais processos são semelhantes entre os catalisadores sintetizados.
A figura 1(a) mostra o esquema da síntese do catalisador BNN, que consome um valor de 5,460 MJ/g de catalizador produzido. A figura 1(b) mostra o esquema da síntese do catalisador BCN, que consome um valor energético de 5,469 MJ/g de catalisador.
È importante ressaltar que o estudo de quantização energética foi feito da energia final, que é a energia recebida pelos usuários nos diferentes setores. O estudo não considerou as matrizes energéticas que geram a energia final nem as perdas associadas à transformação e transmissão de energia.
É necessário fazer uma avaliação da contribuição individual de todas as etapas, a fim de verificar o impacto energético atrelado a cada uma delas e se em alguma o valor é significantemente maior, de modo a concentrar esforços para uma redução de gastos e otimização do processo. Na Figura 2, os gráficos mostram a distribuição de energia gasta em cada processo, e os consumos majoritários foram nas etapas de formação do “puff” e de calcinação. Esses processos são quantizados com altos valores pois o tempo operante do forno mufla é elevado.
Comparando as Figura 2(a) e 2(b), nota-se que os valores são semelhantes. Isso acontece porque diferem apenas por uma quantidade desprezível nos valores das resina de níquel e cobre, e do ponto de vista industrial não se caracteriza como limitante numa futura tomada de decisões de cunho econômico e ambiental.
CONCLUSÕES: O balanço energético para os dois catalisadores obtidos pelo método dos precursores poliméricos para a reação de transesterificação foi feito com o intuito de incrementar uma discussão sobre a importância de se diminuir os impactos ambientais envolvidos na produção deste biocombustível. Etapas posteriores a esta, darão maior clareza quanto ao real potencial deste sólidos neste tipo de reação. Se juntarmos um bom rendimento e uma possível reutilização do catalisador, pode-se obter um produto com potencial para o mercado. As etapas de tratamento térmico mostraram-se majoritariamente consumidoras de eletricidade e apresentam um desafio na redução de custos.
AGRADECIMENTOS: FAPEMA, LCCA, Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: KNOTHE, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Processing Technology, v.86, p.1059-1070, 2005.
MALGORZATA, G. Life-cycle assessment in the renewable energy sector. Applied Energy, v.75, p.205–211, 2003.
PETERSON, G.R. e SCARRAH, W.P. Rapeseed Oil Transesterification By Heterogeneous Catalysis. JAOCS, Vol. 61, n°. 10, p. 1593-1597, 1984.
