Autores
Lopes da Silva, J.V. (IFRJ) ; Muza Aversa, T. (IFRJ) ; Rodrigues de Almeida, Q.A. (IFRJ)
Resumo
O biodiesel trata-se de um combustível “limpo” e uma excelente alternativa
energética, trazendo uma série de vantagens ambientais, econômicas e sociais.
Neste trabalho apresenta-se a utilização de uma nova tecnologia de produção de
biodiesel, a partir de óleo de soja em etanol como solvente, um catalisador
homogêneo e utilizando ultrassom como fonte alternativa de energia. As
conversões e rendimentos obtidos foram excelentes e esse processo de produção de
biodiesel é tido como uma tecnologia promissora, com menor gasto de catalisador,
tempo e energia. Foi possível estimar o quanto essas alterações realizadas são
significativas em termos de impacto ambiental através de métricas holísticas e
notamos um crescimento no índice de verdura de 40% para 65% em relação ao
processo da literatura.
Palavras chaves
Métricas Holísticas; Biodiesel; Ultrassom
Introdução
Desde 1972, na Conferência de Estocolmo, o Homem vem se preocupando
continuamente com as causas ambientais, tendo em vista os efeitos do pós 2ª
guerra mundial e a situação que o planeta encontrava-se após grande exploração
dos recursos. Um movimento fundamental para esta corrente ambientalista foi a
criação do Environmental Protection Agency (EPA) nos Estados Unidos da América,
o qual acarretou na criação da Química Verde (QV) (FARIAS; FÁVARO, 2011). A QV
vem avançando com o passar dos anos, a partir das contribuições obtidas na
pesquisa, propondo iniciativas e novas maneiras de obter materiais de forma mais
sustentável.
No que diz respeito às inovações no ramo da energia, sabe-se que o biodiesel é
uma importante matéria prima (DE FREITAS, 2004). No Brasil, em 2021, estima-se
que o produto agregou 30,8 bilhões de reais, o que nos dá aproximadamente 2% do
PIB (Produto Interno Bruto) do país (ZAFALON, 2022). Logo, evidencia-se o
potencial que o produto tem e a necessidade por investigações científicas do
mesmo. A síntese do biodiesel ainda pode receber algumas melhorias em sua
produção, principalmente em escala industrial, gerando uma diminuição dos
impactos ambientais.
Desse modo, o trabalho foi desenvolvido com objetivo de propor uma rota
alternativa para o biodiesel, tendo em vista sua capacidade em substituir os
combustíveis fósseis (RAMOS, 2003). Ademais, para tal aferição utilizou-se as
métricas holísticas de Química Verde a fim de que se avaliasse cada variável do
procedimento experimental, estimando o efeito das alterações em termos
ecossistêmicos (CALVO‐FLORES, 2009).
Material e métodos
A reação pela qual o biodiesel pode ser obtido trata-se de uma
transesterificação, reação de um triglicerídeo com álcool na presença de um
catalisador básico ou ácido (SOLOMONS; FRYHLE, 1999). Assim, tradicionalmente
utiliza-se uma fonte oleosa, metanol e catalisadores como H2SO4 ou KOH (RINALDI,
2007). Alterou-se algumas condições descritas no procedimento experimental
relatado na literatura para o óleo residual de soja, uso do etanol como solvente
e diminuindo a quantidade do catalisador básico pela metade. Utilizou-se ainda o
aparelho de ultrassom Ultronique 3.8/40A e a reação se processou em um balão de
fundo redondo, no banho ultrassônico em apenas 40minutos. Após decantação e
lavagem caracterizou-se o biodiesel produzido por índice de acidez,
cromatografia em camada fina e por cromatografia gasosa acoplada a
espectrometria de massas. É de extrema importância que um procedimento
experimental seja avaliado de acordo com a sua verdura dentro dos princípios da
Química Verde, definindo quais desses princípios serão relevantes ou não para
cada estudo. É possível prever e avaliar a verdura química dos experimentos
através de métricas holísticas, como por exemplo a Matriz Verde(MV) e a partir
dela descrever e avaliar as melhorias na sistemática desses experimentos
(Machado, 2014). Após definidos os objetivos, identificam-se os pontos fortes e
fracos, as oportunidades e ameaças que se tem para o cumprimento desses
objetivos (Duarte, Ribeiro E Machado, 2015). Uma outra métrica holística que foi
utilizada é a Estrela Verde (EV). Ela considera os mesmos princípios e critérios
da MV, porém como tem uma natureza gráfica, permite comparações visuais bem
nítidas com o número de princípios da Química Verde analisados em um
experimento.
Resultado e discussão
Observou-se a formação dos produtos esperados, biodiesel, com 93% de conversão e
glicerina. Com o uso do ultrassom, foi possível diminuir em 50% a quantidade do
uso do catalisador KOH e o ganho energético com o uso de ultrassom foi de 30% em
relação ao procedimento clássico que usava 1:30h de agitação. Realizou-se então
a investigação por meio das métricas holísticas de Química Verde, examinando
primeiramente a MV e notando-se um grande impacto nos princípios 6 e 7, eficácia
energética e uso de fontes de matéria-prima renováveis. O avanço empregado na
síntese feita é decorrente das alterações realizadas no roteiro experimental.
Isoladamente o princípio 7 foi melhor avaliado quando alterou-se o solvente, de
metanol para etanol, e reduziu-se o uso de água e da quantidade do catalisador
KOH. Sabe-se que o etanol não tem caraterísticas inócuas, entretanto o metanol
oferece um maior risco. Ademais, o etanol é decorrente de uma fonte renovável, o
que amplia os benefícios pela escolha do mesmo. No que diz respeito ao princípio
6, ao utilizar o aparelho de ultrassom é notório que a eficácia energética é
aumentada, uma vez que gerou-se o mesmo produto utilizando um menor período de
tempo e com menor número de recursos. Em seguida, examinou-se graficamente as
alterações realizadas através da EV. A mesma possui 65% de IPE (Índice de
Preenchimento da Estrela), quando o método tradicional possui IPE de 40%
(figura1). Nossa síntese tornou-se mais verde, isto é, menos agressiva ao meio
ambiente. Além disso, vale destacar os princípios 6,7,8 e 10 que ficam
completamente preenchidos(eficácia energética, uso de substâncias renováveis,
formação de derivados e planificação para a degradação) em decorrência das
medidas planejadas e executadas para produção do biodiesel.
Comparativo das Estrelas Verda na produção do biodiesel pelo método convencional e por ultrassom
Conclusões
O procedimento verde desenvolvido tem grande potencial para a produção mais limpa
do biodiesel e oferece um menor risco ao meio ambiente. A substituição do óleo
diesel pelo biodiesel reduz as emissões de enxofre, hidrocarbonetos não queimados,
material particulado e óxido de nitrogênio. A nova rota proposta neste trabalho é
uma ótima alternativa ao processo convencional de aquecimento e agitação,
produzindo biodiesel com alta taxa de conversão a partir de óleo de soja residual
em menor tempo de reação e menor gasto energético, fortalecendo as linhas de
pesquisas que buscam a sustentabilidade.
Agradecimentos
IFRJ Campus Duque de Caxias, CNPq, VerdeLab_IFRJ
Referências
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