Reciclagem de óleo e gordura residual para a produção de biodiesel

Reciclagem de óleo e gordura residual para a produção de biodiesel

RECICLAGEM DE ÓLEO E GORDURA RESIDUAL PARA A PRODUÇÃO DE BIODIESEL

Pablo Falcão da S. Oliveira1, Givanilton Brito2 e Paulo Cesar de Lima Nogueira

3Orientador. Professor Doutor Paulo Cesar de Lima Nogueira; 1Aluno do Curso de Graduação de Engenharia Química da UFS; 2Aluno do Curso de Graduação de Quimica Licenciatura da UFS

Resumo

Durante muito tempo o petróleo tem sido a principal fonte de energia do planeta, entretanto, há alguns anos vem sendo notada a sua escassez nos reservatórios por todo mundo. Já prevendo um possível término desse recurso, vem sendo estudadas novas técnicas de geração de energia, aliando a essa nova fonte a responsabilidade da minimização de emissão de gases poluentes na atmosfera. O biodiesel aparece nesse contexto como sendo uma alternativa muito viável, já que é um combustível renovável que pode ser produzido a partir de diversas matérias-primas oriundas da agricultura, além de promover um ciclo fechado para o carbono já que é absorvido pelas plantas e liberado novamente na combustão. Atualmente a biomassa vem sendo estudada largamente como fonte de obtenção de energia, dentre esses estudos pode-se salientar a produção do biodiesel a partir de óleo e gordura residual, já que essas substâncias não podem ser consideradas biodegradáveis por promoverem diversos problemas ao meio ambiente quando se degradam.

Palavras-Chave: Biodiesel, Óleo e Gordura Residual (OGR), Reciclagem.

1-Introdução

Este trabalho teve como objetivo promover a produção do biodiesel a partir de óleo e gordura residual (OGR). Com isso possibilita a transformação de um resíduo não biodegradável, que é diariamente despejado por várias famílias e estabelecimentos alimentícios, em um produto com certo valor agregado. Além de fazer um breve levantamento do potencial de produção de OGR nas regiões de Aracaju, São Cristóvão e Nossa Senhora das Dores. Também foi produzido um material (cartilha), que pode ser utilizado para conscientizar a população dos males causados pelo despejo do OGR ao meio ambiente e também mostrar que já é possível a reciclagem desse resíduo transformando-o em um produto que poderá futuramente substituir as principais fontes de energia do planeta. A pesquisa possibilitou uma maior interação entre a universidade e a comunidade já que no momento do levantamento de potencial os entrevistados eram informados sobre os objetivos da pesquisa e convidados a participar doando seu OGR para a utilização na pesquisa. O Restaurante Universitário também foi beneficiado sendo ele o principal fornecedor de OGR.

2-DESNVOLVIMENTO

O uso de óleos e gorduras, de origem animal e vegetal, e seus derivados como combustível remonta ao fim do século XIX quando Rudolph Diesel, inventor do motor à combustão interna que leva seu nome, utilizou em seus ensaios petróleo cru e óleo de amendoim. Com o passar do tempo, tanto o motor quanto o combustível foram ajustados, buscando maior eficiência e menor custo.

Deve-se destacar que na primeira metade do século XX, os óleos vegetais puros ou seus derivados foram usados em motores à combustão interna, principalmente em situações emergenciais como nas crises de abastecimento mundial de petróleo devido às guerras.

Também nesta época foram estudados processos para transformação de triglicerídeos (óleos e gorduras vegetais ou animais) em combustíveis líquidos, destacando-se o processo de transesterificação. Estes estudos visavam obter derivados de triglicerídeos com propriedades físico-químicas, tais como viscosidade e densidade, mais próximas aos combustíveis líquidos usados em motores à combustão interna, tanto aqueles do ciclo Otto quanto do ciclo Diesel, facilitando assim sua mistura no combustível fóssil ou sua substituição total sem a necessidade de se alterar os motores (FERRARI, et al., 2005)

2.1-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.

2.2-TRANSESTERIFICAÇÃO

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 (COSTA NETO, 2000), conforme Figura 1. 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 1: Reação de transesterificação de um óleo ou gordura para obtenção de biodiesel.

3-METODOLOGIA

Foi elaborado um questionário com onze perguntas com o objetivo de se conhecer o potencial de produção de OGR nas cidades de Aracaju, São Cristóvão e Nossa Senhora das Dores, para se saber também qual era o destino desse resíduo, se existia algum tipo de coleta seletiva e ainda se teria interesse, por parte do entrevistado, de participar de um programa de reciclagem de OGR.

Também foi elaborada uma cartilha, a partir de pesquisas feitas sobre o assunto, para apresentar a população os danos que esse resíduo pode causar ao meio ambiente independente de qual caminho ele venha a seguir, sendo tratado como lixo comum, ou entrando em contato com rios e lagos e ainda ao ser despejados em encanamentos. Foram mostradas todas as consequências e também duas alternativas de reciclagem desse resíduo, transformando-o em sabão ou biodiesel.

Para a produção do biodiesel o OGR foi previamente lavado, sendo submetido a uma mistura, numa proporção de 1:2 de OGR e água, e aquecimento até uma temperatura de aproximadamente 90°C por um período de trinta minutos, após esse procedimento o OGR foi separado da água a partir de um funil de decantação e levado a aquecimento novamente até uma temperatura de aproximadamente 105°C por trinta minutos, já que para o biodiesel ser utilizado é necessária alta pureza não podendo haver traços de glicerina, água, catalisador residual ou de álcool excedente (ZAGONEL, 1999).

Foram feitos alguns testes para determinação das características físico-químicas do óleo, teste de umidade, saponificação e acidez.

O biodiesel foi produzido a partir da mistura de etanol anidro (baixo teor de água) com uma base. Inicialmente a base utilizada foi o hidróxido de potássio e depois foram feitos testes com o hidróxido de sódio que não teve o mesmo rendimento. Essa mistura era adicionada ao OGR previamente tratado (a reação acorreu toda a temperatura ambiente) e submetida a agitação promovendo um tempo de reação de trinta minutos. A mistura ao começar a agitação se tornou meio turva retornando a coloração inicial após alguns minutos.

Após a reação a mistura foi colocada em repouso, em um funil de decantação por aproximadamente dois dias, para promover a separação do biodiesel da glicerina. A glicerina foi retirada e o biodiesel foi lavado com pequenas proporções de água destilada com o objetivo de retirar sabões existentes e resíduos de catalisador e água. Abaixo uma figura do biodiesel já separado da água e da glicerina após o repouso.

Figura 1: Funil de decantação no momento de separação após repouso

Quando já obtido o biodiesel separado, ele foi seco na presença de sulfato de sódio anidro e submetido a um aquecimento até a temperatura de aproximadamente 100°C por um tempo de dez minutos.

4-RESULTADOS

Foram aplicados aproximadamente duzentos questionários, dentre residências, lanchonetes, ambulantes, tabuleiros de acarajés e restaurantes. A aplicação dos questionários nos permitiu fazer um levantamento preliminar da geração de óleos e gorduras residuais nas cidades estudadas. Outro aspecto levantado foi o principal modo de descarte. Os resultados podem ser verificados nas Tabelas 1

Tabela 1: Volume médio de consumo de óleo vegetal e principais modos de descarte.

Litro óleo/mês

Principais métodos de descarte

Residências com até 03 moradores

1,92

68% esgoto (ralo da pia)

Residências com mais de 03 moradores

4,89

60% esgoto (ralo da pia)

Bares

4,65

56% lixo comum

Ambulantes

11,10

71% lixo comum

Restaurantes

55,80

43% lixo comum

Tabuleiros de Acarajé

39,00

43% lixo comum

Ainda como resultado do questionário pode-se observar que no interior do estado (Nossa Senhora das Dores), o potencial de utilização de OGR é maior do que na grande Aracaju.

Quanto ao resultado da produção de biodiesel foi observada uma relação de reagentes a partir das fontes analisadas. Foram testadas algumas relações de onde foi escolhida a que apresentou melhor resultado para algumas modificações buscando minimizar custos de produção e maior rendimento.

Com as relações entre os reagentes estabelecidas foram feitos testes com o hidróxido de sódio e também o hidróxido de potássio, a partir desses resultados pode-se perceber que o hidróxido de sódio se tornava inviável por apresentar um rendimento bastante inferior ao uso do hidróxido de potássio como catalisador. Foi utilizado 0,86g de hidróxido de potássio com 38,1g de etanol anidro para 100g de OGR como relação final estabelecida entre reagentes.

O produto desta reação proporcionou biodiesel com densidade em torno de 0,87g/mL o que pode ser considerado ideal já que a densidade do diesel esta em torno de 0,82-0,88g/mL, pode-se determinar TAM bem um índice de acidez de 1,52 (mg de KOH/g de gordura) e um grau de acidez de aproximadamente 0,76%, com umidade de 0,037% o que possibilita a ausência de microorganismos e conseqüente maior estabilidade à estocagem, o que evita a deterioração do biodiesel, que ocasionaria prejuízo na combustão. O rendimento encontrado para a produção a partir dessa relação encontra-se em torno de 62% (m/m).

Convém salientar que para garantir a qualidade do biodiesel produzido é necessário realizar outros testes analíticos constantes nas normas da ANP.

Também foram feitos testes de solubilidades em meios distintos fazendo uma comparação com a solubilidade do óleo nos mesmos meios, os resultados estão apresentados abaixo:

Tabela 2: Teste de solubilidade

Também foi feita uma análise econômica o que concluiu que baseado nas relações utilizadas e no preço das matérias primas a produção de um litro de biodiesel encontra-se em torno de dez reais o litro do biodiesel levando-se em conta somente os gastos com reagentes.

5-CONCLUSÃO

Com base nos resultados encontrados pode-se estabelecer um perfil de produção de OGR nas cidades analisadas, conhecendo-se também os principais caminhos seguidos pelo OGR após seu descarte.

Comprovou-se que a utilização de hidróxido de sódio apresenta resultados insatisfatórios quando comparado com a utilização do hidróxido de potássio como catalisador. Foi também comprovado a eficiência na produção do biodiesel a partir de OGR com hidróxido de sódio como catalisador na presença de etanol anidro, com a reação ocorrendo em temperatura ambiente. Os parâmetros encontrados nos resultados são consideravelmente próximos dos resultados encontrados na literatura. Quanto ao rendimento também é próximo de alguns artigos encontrados.

Quanto a análise econômica notou-se que para que a produção a partir do OGR ainda são necessários alguns investimentos em tecnologias mais eficazes, para que se possa aumentar o rendimento e diminuir o consumo de reagentes.

6-REFERÊNCIAS

BORDADO, JM., BERKEMEIER, R., MENDES, JF, RAPOSO, I., CORREIA, MJN., FELIZARDO, Production of biodiesel from waste frying oils, Waste Management, v. 26, p. 487-494, 2006

COSTA NETO, PR., ROSSI, L., ZAGONEL, G., RAMOS. LP., Produção de bicombustível alternativo ao óleo diesel através da transesterificação de óleo de soja usado em frituras, Química Nova, v.23, p. 531-537, 2000

COSTA, P. PILLI, R. PINHEIRO, S., VASCONCELLOS, M. Substâncias carboniladas e derivados. Bookman. Série Química Orgânica, SBQ, BOOKMAN, 2003, RS.

CASTRO, H. F., MENDES, A. A. e Júlio C. dos SANTOS, J.C. Modificação de óleos e gorduras por biotransformação. Química Nova, vol.27, n.1, 2004, p. 146-56.

LAURINDO, J. C.; In: Anais do Congresso Internacional de Biocombustíveis Líquidos; Instituto de Tecnologia do Paraná; Secretaria de Estado da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior; Curitiba, PR, 19 a 22 de julho, 1998; p. 22.

FERRARI R. A., OLIVEIRA V. S., SCABIO A. Biodiesel de soja – taxa de conversão em ésteres etílicos, caracterização físico-química e consumo em gerador de energia. <i>Quim. Nova</i>, v.28, n.1 , 2005. p.19-23.

SOLOMONS, G, FRYHLE, C. Química Orgânica. Editora LTC, 7a. ed., vols. 1 e 2, 2002, RJ.

ZAGONEL, G.; COSTA NETO, P. R.; RAMOS, L. P.; In: Anais do Congresso Brasileiro de Soja; Centro Nacional de Pesquisa de Soja; Empresa Nacional de Pesquisa Agropecuária; Londrina, PR, 17 a 20 de maio, 1999; p. 342.

1Aluno do Curso de Graduação de Engenharia Química da UFS, bolsista do PIBIX/UFS, e-mail: ppfdso@gmail.com

2Aluno do Curso de Graduação de Química Licenciatura da UFS, voluntario do PIBIX/UFS, e-mail:

3Professor Doutor adjunto DQI/UFS Paulo Cesar de Lima Nogueira, orientador do PIBIX/UFS, e-mail: pclimanog@uol.com.br

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