Reaproveitamento de òleo e gordura residuais para produção de sabão e biodiesel

Reaproveitamento de òleo e gordura residuais para produção de sabão e biodiesel

(Parte 1 de 4)

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

Pró-Reitoria de Extensão e Assuntos Comunitários

RECICLAGEM DE OLEO E GORDURA RESIDUAL PARA FABRICACÃO DE BIODIESEL E SABÃO

RELATORIO FINAL

São Cristovão

2007

RECICLAGEM DE OLEO E GORDURA RESIDUAL PARA FABRICACÃO DE BIODIESEL E SABÃO

Relatório final produzido pelos alunos Pablo Falcão da Silva Oliveira (bolsista PIBIX) e Givanilton Brito (bolsista voluntário) do projeto em questão apresentado a Pró-Reitoria de Extensão e Assuntos Comunitários da Universidade Federal de Sergipe sob coordenação e orientação do Prof. Dr. Paulo Cesar de Lima Nogueira.

São Cristovão

2007

SUMARIO

Resumo....................................................................................................................04

Introdução................................................................................................................05

Óleos e Gorduras..........................................................................................05

Óleos e Gorduras Residuais.........................................................................06

Sabão............................................................................................................07

Biodiesel.......................................................................................................08

Objetivos Específicos...............................................................................................10

Materiais e Métodos.................................................................................................10

Resultados e Discussões...........................................................................................19

Conclusões................................................................................................................26

Anexos......................................................................................................................27

Anexo I..........................................................................................................27

Anexo II.........................................................................................................29

RESUMO

Diariamente estabelecimentos alimentícios e residências despejam nas “latas de lixos”, toneladas de resíduos alimentares. Parte desses resíduos é biodegradável, como por exemplo, restos de comida. Porém existem alguns descartes que não são considerados biodegradáveis, como é o caso do óleo residual.

O processo de fritura é utilizado atualmente como o meio mais rápido e prático no preparo de comidas diversas, por este motivo o uso desse processo tem aumentado constantemente em residências e restaurantes. A conseqüência desse aumento do processo de fritura é o alto índice na produção de óleo residual.

O problema surge na hora de descartar o óleo residual. Geralmente o resíduo é descartado através do ralo da pia, causando posteriormente problemas sérios de entupimentos ou ainda acarretando uma maior complicação no processo de tratamento de esgotos. Quando são descartados no lixo normal vem a duvida de qual será o findar desse resíduo. Quando entra em contato com os mananciais causam graves impactos ambientais. Com os problemas de descarte surge, portanto, a necessidade da descoberta de um método de reaproveitamento desse resíduo, uma maneira barata de converter o óleo residual em uma substancia biodegradável.

A reciclagem de resíduos de frituras vem ganhando espaço investigativo no Brasil, com proposição de metodologias de reciclo apropriadas, a produção de sabão e biodiesel.

INTRODUÇÃO

ÓLEOS E GORDURAS

O termo óleos e gorduras referem-se a substâncias de origem animal ou vegetal insolúveis em água que são constituídas principalmente por triacilgliceróis (ésteres formados pela condensação entre glicerol e ácidos graxos). A diferença entre óleos e gorduras, segundo o Conselho Nacional de Normas e Padrões para Alimentos (CNNPA), é o estado físico em que se apresentam a uma temperatura abaixo de 20ºC, ou seja, óleos são líquidos e gorduras são sólidos/semi-sólidos.

Os ácidos graxos correspondem a 95% da composição de óleos e gorduras e, portanto, sua diversidade estrutural é fundamental para as propriedades e determinação da qualidade e para classificação de óleos e gorduras. Os ácidos graxos diferem entre si pelo comprimento da cadeia hidrocarbônica e pelo número e posição das ligações duplas. Ácidos graxos sem ligações duplas na cadeia hidrocarbônica são ditos saturados (mais comuns em gorduras de origem animal) e aqueles com uma ou mais ligações duplas na cadeia hidrocarbônica são chamados de insaturados (comuns em óleos vegetais e organismos marinhos).

O Brasil é um país com dimensões continentais com uma grande variedade de selos e climas que possibilitam o cultivo de diversas oleaginosas que predominam em regiões específicas do país (Figura 1).

Figura 1: Principais oleaginosas cultivadas em cada região do Brasil.

ÓLEOS E GORDURAS RESIDUAIS

No Brasil, o óleo de soja e o óleo de algodão são os principais óleos vegetais produzidos (ca. 99%) por serem subprodutos do processamento da farinha de soja destinada a alimentação e para exportação e do consumo da fibra de algodão pela indústria têxtil respectivamente.

O consumo humano em nosso país deste óleo gera o inconveniente de não reutilização para fins alimentares, pois o óleo vegetal ao entrar em contato com o alimento, deixa de ser puro e as reações químicas que ocorrem durante o processo de fritura modificam sua composição gerando o aumento da quantidade de ácidos graxos livres e subprodutos das reações de oxidação, prejudicando o seu reciclo. Surge, portanto, o problema para o descarte deste resíduo. A maior parte deste resíduo é descartada de forma inadequada na rede de esgoto (ralo da pia), os quais se acumulam nos encanamentos, causando entupimentos, refluxo de esgoto e até o rompimento das redes de coleta. Além disso, os óleos podem causar danos irreversíveis quando despejados nos córregos, rios e lagos, dificultando a entrada de luz e a oxigenação da água além de formar uma camada gordurosa nas margens dos lagos e rios piorando os quadros de enchentes.

Como alternativa para minimizar este problema, o LABORGANICS (Laboratório de Pesquisa em Química Orgânica de Sergipe) da UFS propôs neste projeto, reciclar os óleos e gorduras residuais transformando-os em produtos úteis e menos poluentes como sabão e biodiesel.

SABÃO

A fabricação de sabão é, sem dúvida, uma das atividades industriais mais antigas de nossa civilização. O sabão, na verdade, nunca foi “descoberto”, mas surgiu gradualmente de misturas de materiais alcalinos e matérias graxas (alto teor de gordura).

Atualmente, parte dos óleos e gorduras residuais é reutilizada para produção de sabões. O sabão é produzido através da reação conhecida como saponificação, na qual um óleo vegetal ou gordura animal é hidrolisado com soda cáustica, o sal de sódio de ácidos graxos (sabão) e glicerol (glicerina). Pode-se utilizar óleos e gorduras de diversas origens como matéria prima para produção de sabão, como sebo de origem animal, óleos vegetais ou mistura de ambos. Outros ingredientes podem ser utilizados para modificar a qualidade do sabão, como a adição de álcool para torná-lo transparente; fragrâncias de odor específico, corantes e até germicidas. Entretanto, quimicamente as propriedades do sabão permanecem exatamente as mesmas, atuando do mesmo modo.

Na realidade, o sabão se dispersa em agregados esféricos denominados micelas (Figura 2), cada uma das quais pode conter centenas de moléculas de sabão (sal de ácido graxo).

Figura 2: representação de um agregado micelar.

Numa molécula de sabão há uma extremidade polar, -COO- Na+, e uma parte não polar, constituída pela longa cadeia alquílica, normalmente com 12 a 18 carbonos. A extremidade polar é solúvel em água (hidrófila, ou seja, que tem afinidade por água). A parte apolar é insolúvel em água, e denomina-se hidrofóbica (ou lipofílica), que tem aversão por água e afinidade por óleos e gorduras, mas é evidentemente solúvel em solventes apolares. Moléculas deste tipo denominam-se anfipáticas, ou seja, que têm extremidades polares e apolares e, além disso, são suficientemente grandes para que cada extremidade apresente um comportamento próprio relativo à solubilidade em diversos solventes.

De acordo com a regra "semelhante dissolve semelhante”, cada extremidade apolar procura um ambiente apolar; em meio aquoso, o único ambiente deste tipo existente são as partes apolares das outras moléculas do sabão, e assim elas se agregam umas às outras no interior da micela. As extremidades polares projetam-se da periferia dos agregados para o interior do solvente polar, a água. Os grupos carboxilatos carregados negativamente alinham-se à superfície das micelas, rodeados por uma atmosfera iônica constituída pelos cátions do sal. As micelas mantêm-se dispersas devido à repulsão entre as cargas de mesmo sinal das respectivas superfícies. Uma micela pode conter centenas de moléculas de sais de ácidos graxos.

Ao contrário do que muitos pensam a quantidade de espuma não define a qualidade do sabão. A qualidade não está ligada diretamente a nenhuma característica do sabão de um sabão, sendo, portanto, algo difícil de definir. O sabão é considerado bom quando consegue retirar toda a sujeira, enquanto a característica de produzir espuma está ligada ao tipo de óleo utilizado.

BIODIESEL

O biodiesel pode ser definido como um derivado monoalquiléster de ácidos graxos de cadeia longa, proveniente de fontes renováveis como óleos vegetais ou gordura animal, cuja utilização está associada à substituição de combustíveis fósseis em motores de ignição por compressão (motores do ciclo Diesel). Como produto, pode-se afirmar que o biodiesel tem as seguintes características: (i) é virtualmente livre de enxôfre e aromáticos; (ii) tem alto número de cetano, (iii) possui teor médio de oxigênio

em torno de 11%; (iv) possui maior viscosidade e maior ponto de fulgor que o diesel convencional; (v) possui nicho de mercado específico, diretamente associado a atividades agrícolas; (vi) no caso do biodiesel de óleo de fritura, se caracteriza por um grande apelo ambiental; e, finalmente, (vii) tem preço de mercado relativamente superior ao diesel comercial. No entanto, com os resultados das pesquisas para otimização do processo de recuperação e aproveitamento dos subprodutos (glicerina e catalisador), a produção de biodiesel pode ser obtida a um custo mais competitivo com o preço comercial do óleo diesel verificado nas bombas dos postos de abastecimento.

O processo para a obtenção de biodiesel ocorre através de uma reação chamada de transesterificação realizada entre óleos vegetais ou gordura animal com álcoois primários na presença de um catalisador, que pode ser tanto em meio ácido quanto em meio básico, conforme Figura 3. Em nível industrial, a reação de síntese utiliza geralmente uma razão molar 1:6 de óleo: álcool na presença de 0,4% de hidróxido de sódio ou de potássio, pois em meio básico observa-se melhor rendimento e menor tempo de reação do que o meio ácido. Todavia, o excesso de álcool primário faz-se necessário em virtude do caráter reversível desta reação.

Figura 3: Reação de transesterificação de um óleo ou gordura para obtenção de biodiesel.

Neste projeto, buscamos desenvolver alternativas viáveis para educar a população quanto ao descarte adequado do resíduo de óleo de fritura, bem como estimular o seu reaproveitamento através da produção de sabão e biodiesel.

Desejamos que esta iniciativa possa gerar parcerias para o possível início de um amplo programa ambiental que poderá gerar parceria com instituições governamentais e não governamentais de ensino, com donas de casa e outras instituições de responsabilidade ambiental, tendo como objetivo principal à coleta de óleos residuais de fritura em escolas, residências, restaurantes e no comércio ambulante. O reciclo deste óleo visa contribuir para implementação da produção do biodiesel para abastecimento da matriz energética brasileira, bem como para produção de sabão, gerando produtos com valor agregado e possibilitando não apenas a redução de contaminação ambiental, mas também a possibilidade de geração de renda para comunidades carentes de nosso estado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

  • Conhecer o potencial de produção de óleo e gorduras residuais em restaurantes, comércio ambulante e residências dos municípios de Aracaju, São Cristóvão e Nossa Senhora das Dores;

  • Desenvolver uma receita básica para produção de sabão a partir de óleos e gorduras residuais;

  • Desenvolver uma metodologia para aproveitamento de óleos e gorduras residuais como biodiesel;

    • Elaboração de um material didático (cartilha) para conscientizar a população sobre o descarte e aproveitamento de óleos e gorduras residuais.

MATERIAIS E MÉTODOS

O projeto foi subdividido em dois planos de trabalho distintos, um deles voltado para a obtenção de sabão e o outro aplicado ao biodiesel.

Inicialmente, buscou-se conhecer o potencial de geração e aproveitamento dos óleos e gorduras residuais nas cidades de Aracaju, São Cristóvão (Campus da UFS e entorno) e N. Sra. Dores. Para isso, foram aplicados 200 questionários (Anexo I) em residências, bares, lanchonetes, comércio ambulante e restaurante de cada região, incluindo o Restaurante Universitário da UFS (RESUN).

a) Coleta dos óleos e gorduras residuais (matéria-prima)

A matéria-prima para preparação de sabão e biodiesel foi coletada em algumas residências, bares e restaurantes das referidas cidades, bem como no Restaurante Universitário da UFS (RESUN), sem tratamento prévio e acondicionada em embalagens vazias e limpas de garrafas tipo PET.

b) Procedimento para o tratamento do óleo residual

O óleo após ser coletado foi deixado em repouso por aproximadamente uma semana para a decantação das partículas sólidas. Em seguida filtrou-se em funil simples com algodão, para um Becker, onde foi adicionada água (duas porções para uma de óleo) e aqueceu-se a mistura numa temperatura variante entre 85 e 105°C, sob agitação magnética por 30 minutos. Quando a mistura já estava à temperatura ambiente, transferiu-a para um funil de separação onde permaneceu por quatro dias. Após esse tempo separou-se a água do óleo que foi aquecido com agitação a 105°C por uma hora e em seguida deixado em estufa sob cápsula de porcelana, em uma temperatura equivalente a citada acima por mais duas horas para a retirada da umidade.

c) Determinação das características físico-químico do óleo residual

Os parâmetros físico-químicos determinados para o óleo e gordura residual foram umidade e os índices de acidez e de saponificação.

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