PRODUÇÃO DE BIODIESEL VIA TRANSESTERIFICAÇÃO ETÍLICA HOMOGÊNEA, 1

UTILIZANDO ÓLEO DE MACAÚBA (Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd. ex Mart.), POR 2

AQUECIMENTO CONVENCIONAL VERSUS IRRADIAÇÃO POR MICRO-ONDAS. 3

MARCOS ROBERTO DO NASCIMENTO PEREIRA ¹, PEDRO PRATES VALÉRIO ², 4

SALVADOR CARLOS GRANDE ³, MARIA HELENA CAÑO DE ANDRADE 4 5

INTRODUÇÃO 6

O biodiesel é um combustível renovável composto de ésteres alquílicos de ácidos graxos de 7

cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais com características físico-8

químicas específicas (REZENDE, 2011). Diversas matérias-primas vegetais estão sendo objeto de 9

estudo visando à produção deste biocombustível, sendo que este trabalho tem como foco o emprego 10

dos frutos oleaginosos da palmeira Macaúba, cujo teor de óleo se situa na faixa de 50-60% em base 11

seca e 20-25% em base úmida (frutos frescos), com potencial de produtividade de até 6000 kg de 12

óleo por hectare (RETTORE & MARTINS, 1983; PIMENTA, 2010). Esse fruto é constituído por 13

quatro partes: casca externa, polpa, endocarpo e amêndoa, sendo que das partes polpa e amêndoa se 14

obtém dois tipos diferenciados de óleo, o óleo da polpa com perfil graxo insaturado e o óleo da 15

amêndoa com perfil graxo saturado. Em função da existência de maciços naturais em três 16

importantes regiões mineiras (grande Belo Horizonte, Norte de Minas e Alto Paranaíba), o governo 17

do Estado de Minas Gerais, instituiu a política estadual de incentivo ao cultivo, à extração, à 18

comercialização, ao consumo e à transformação da Macaúba e das demais palmeiras oleaginosas - 19

Pró-Macaúba, através da lei nº 19.485, de 13 de Janeiro de 2011 (MINAS GERAIS, 2011). Um dos 20

principais objetivos foi o de incrementar o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel 21

(PNPB), baseado na sustentabilidade e no desenvolvimento econômico e social. O objetivo deste 22

trabalho é verificar a viabilidade técnica de produção de biodiesel a partir de óleo extraído da polpa 23

do fruto da macaúba por processo de transesterificação via catálise etílica homogênea, com 24

comparação de desempenho entre o processo convencional de aquecimento e o aquecimento por 25

irradiação com micro-ondas. 26

MATERIAL E MÉTODOS 27

A reação de transesterificação homogênea via catálise básica foi realizada utilizando como 28

matéria-prima o óleo do mesocarpo (polpa) da macaúba produzido no Laboratório da Macaúba do 29

Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Minas Gerais. Esse óleo foi 30

1 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - marcos.karajuca@ig.com.br 2 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - pedropratesvalerio@gmail.com 3 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - salvador.cgrande@gmail.com 4 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - cano@deq.ufmg.br 1

primeiramente caracterizado nos seguintes parâmetros físico-químicos: índice de acidez (método 31

oficial Cd 3d-63 da AOCS), teor de umidade (método oficial Ca 2e-84 da AOCS) e viscosidade 32

cinemática a 40°C (ASTM D 2515), parâmetros fundamentais para determinar a viabilidade da 33

produção do biodiesel e a definição da melhor rota a ser utilizada. 34

A produção de biodiesel utilizando o processo convencional de catálise etílica homogênea, 35

neste trabalho denominado aquecimento convencional, foi realizada em um banho termostático 36

Dubnoff. Os parâmetros analisados foram razão molar etanol/óleo (etanol com 99,8% de pureza) de 37

12:1, concentração de catalisador (KOH com 85% de pureza) de 0,5 – 1,0 e 1,5 % m/m em relação 38

ao óleo, temperatura constante de 30°C, tempo de 45 minutos e aproximadamente 200 rpm. Todas 39

as reações ocorreram em erlenmeyers de 125 mL contendo a massa de 20 g de óleo. Após a reação 40

o biodiesel foi purificado através de 3 lavagens: 1ª com solução de HCl 0,1 mol/L, 2ª e 3ª com água 41

destilada até o pH 7,0; verificado através do uso da fita de pH. Em seguida o biodiesel foi seco em 42

estufa microprocessada (capacidade de 42 L) com circulação forçada de ar a 105°C por 150 min 43

para remoção do excesso de etanol, água e outras substâncias voláteis. 44

A obtenção de biodiesel através do aquecimento não convencional, neste trabalho realizado 45

por irradiação com micro-ondas, foi realizada em forno doméstico (sem adaptação) de micro-ondas 46

Electrolux, modelo NEF 28, 18 L, 1020 W, com frequência de 2450 MHz. Os parâmetros 47

analisados foram razão molar etanol/óleo (etanol com 99,8% de pureza) de 12:1, concentração de 48

catalisador (KOH com 85% de pureza) de 0,5 – 1,0 e 1,5 % m/m em relação ao óleo, potência 49

máxima do aparelho de micro-ondas e tempo reacional de 20, 40, 60, 80 e 100 s. Todas as reações 50

ocorreram em erlenmeyers de 125 mL contendo a massa de 20 g de óleo, que foi homogeneizada 51

por 3 minutos a aproximadamente 200 rpm em agitador magnético MS 300 Magnetic Stirrer, antes 52

de ser submetida à irradiação de micro-ondas. O procedimento de purificação foi realizado da 53

mesma forma do procedimento utilizando o aquecimento convencional. 54

O teor de ésteres etílicos foi realizado empregando o método analítico de viscosimetria, 55

consistindo em uma técnica no qual se correlaciona matematicamente a variação do teor de ésteres 56

alquílicos com a variação da viscosidade (PASA et al., 2013; KNOTHE et al., 2005). A viscosidade 57

foi determinada utilizando o viscosímetro automático AVS 250 Schott. 58

59

RESULTADOS E DISCUSSÕES 60

Na Tabela 01 são apresentados os resultados das análises de caracterização da matéria-prima, 61

incluindo índice de acidez, umidade e viscosidade. 62

2

Tabela 01 – Propriedades físico-químicas do óleo da polpa de macaúba.

Parâmetro Valor Índice de acidez (mg KOH/g) 4,03

Índice de acidez em ácido oléico (%) 2,02 Teor de umidade (%) 0,27

Viscosidade cinemática a 40°C (mm2/s) 40,04

O índice de acidez encontrado na análise do óleo da polpa de macaúba foi de 2,02% e 63

segundo Meher et al. (2006), este índice é apropriado para a reação de transesterificação homogênea 64

via catálise básica. É essencial que o valor da umidade da matéria-prima seja o menor possível, 65

evitando reações paralelas que possam dificultar a reação e reduzir o teor da conversão. Assim, o 66

valor encontrado experimentalmente neste trabalho de 0,27% sugere que o uso da polpa do óleo da 67

macaúba torna-se viável para esta metodologia. Outro parâmetro essencial analisado é a 68

viscosidade, pois pode limitar a escolha da matéria-prima que originará o biodiesel. 69

Em todo o trabalho foram realizados 03 ensaios de produção de biodiesel por aquecimento 70

convencional e 15 por aquecimento por micro-ondas. Os resultados dos ensaios do aquecimento 71

convencional (C) resultaram em % de conversão na faixa de 13,20% a 90,18%, sendo que os 72

melhores resultados estão associados com o uso de uma maior quantidade de catalisador. Os 73

resultados dos ensaios do aquecimento por micro-ondas (M) resultaram em faixa de conversão de 74

10,15% a 96,61%. Na Tabela 02 são apresentados os melhores resultados dos ensaios comparativos 75

entre as duas formas de aquecimento visando à produção de biodiesel por catálise etílica 76

homogênea. 77

Tabela 02 – Resultados comparativos da eficiência de produção de ésteres etílicos pelos processos 78

de aquecimento convencional e por micro-ondas 79

Ensaio Tempo (s) Catalisador (% m/m) Teor de ésteres etílicos (%)

C 2700 1,5 90,18 M - A 80 0,5 76,25 M - B 60 1,0 96,61 M - C 20 1,5 86,74

C = amostra utilizando aquecimento convencional 80

M = amostra utilizando aquecimento através de irradiação de micro-ondas 81

O resultado do ensaio C, usando aquecimento convencional, proporcionou a conversão de 82

ésteres etílicos de 90,18%; indicando que o óleo da polpa da macaúba é promissor na obtenção de 83

biodiesel, utilizando condições amenas de processo. Os resultados dos ensaios M - A, M - B e M – 84

3

C, empregando irradiação por micro-ondas, demonstraram a viabilidade de se aplicar este método 85

nos processos de produção de biodiesel. Analisando a tabela 02, observa-se uma redução rigorosa 86

no tempo de reação quando da utilização do processo por irradiação com micro-ondas e ao mesmo 87

tempo a maior conversão de ésteres etílicos alcançado com o ensaio M – B. 88

CONCLUSÕES 89

Sabendo que o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB) tem como 90

principal objetivo garantir a produção economicamente viável do biocombustível, proporcionando a 91

inclusão social e o desenvolvimento regional (COSTA et al., 2012), este trabalho demonstrou o 92

potencial de produção do biodiesel, empregando como matéria-prima o óleo da polpa da Macaúba, 93

utilizando o aquecimento convencional e, principalmente, apresenta a viabilidade técnica com 94

redução expressiva do tempo reacional da reação de transesterificação, usando uma metodologia de 95

indução de irradiação de micro-ondas, mesmo ao se empregar um aparelho de micro-ondas 96

convencional doméstico, sem qualquer adaptação. 97

AGRADECIMENTOS 98

Os autores agradecem a CAPES, CNPq e o Departamento de Engenharia Química da Escola 99

de Engenharia da UFMG pelas Bolsas concedidas e apoio prestado. 100

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 101

COSTA, V. L.; et al. A introdução do biodiesel na matriz energética brasileira: contextualização 102 histórica, cadeia produtiva e processo produtivo. Revista ADMpg Gestão estratégica, v. 5, n. 1, p. 103 43 - 51, 2012 104

KNOTHE, G.; GERPEN, J. V.; KRAHL, J. The Biodiesel Handbook. Illinois (USA), AOCS Press, 105 2005. 106

Lei nº 19.485, de 13 de janeiro de 2011. Institui a política estadual de incentivo ao cultivo, à 107 extração, à comercialização, ao consumo e à transformação da macaúba e das demais palmeiras 108 oleaginosas - Pró-Macaúba, Minas Gerais, 2011. 109

MEHER, L. C.; et al. Technical aspects of biodiesel production by transesterification—a review. 110 Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 10, p. 248 - 268, 2006. 111

PASA, V. M. D.; et al. Thermogravimetry and Viscometry for Assessing the Ester Content (FAME 112 and FAEE). Fuel Processing Technology, v. 109, p. 133 - 140, 2013. 113

PIMENTA, T. V. Metodologias de Obtenção e Caracterização dos Óleos do Fruto da Macaúba com 114 Qualidade Alimentícia: da Coleta à Utilização. 2010. 120f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 115 Química) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010. 116

RETTORE, R. P.; MARTINS, H. (1983). “Produção de combustíveis líquidos a partir de óleos 117 vegetais: estudo das oleaginosas nativas de Minas Gerais”. Projeto da Fundação Centro 118 Tecnológico de Minas Gerais – CETEC, Belo Horizonte, v.1. 119

REZENDE, D. B. Esterificação e Transesterificação de Óleos de Macaúba com Elevada e Baixa 120 Acidez Catalisadas por Resinas de Troca Iônica. 2011. 122f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 121 Química) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2011. 122

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