BIODIESEL DE MAMONA:Uma Anlise Tcnica, e Scio-Ambiental

LUIZ CARLOS SILVA

Julho 2001

1. INTRODUO

1.1 Conceitos Bsicos Antes de apresentar os aspectos tecnolgicos da produo e utilizao do biodiesel conveniente apresentar os seguintes conceitos: BioDiesel: leo combustvel, sucedneo do leo diesel mineral, obtido de leos vegetais glicerdicos, atravs de uma reao qumica de transesterificao na qual participam um lcool (metanol ou etanol) e um catalisador, que poder ser o hidrxido de sdio usado em diminutas propores. O leo denominado de biodiesel e o leo diesel do petrleo so miscveis e solveis entre si em todas as propores. EcoDiesel: Combustvel obtido da mistura de leo biodiesel e leo diesel mineral, em propores ajustadas de forma que a mistura resultante, quando empregada na combusto de motores diesel, minimiza os efeitos nocivos ambientais. oportuno salientar que a diferenciao conceitual entre biodiesel e ecodiesel, advm das vantagens ecolgicas que o biodiesel, como coadjuvante em misturas, induz ao diesel mineral, uma melhoria das suas caractersticas quanto as emisses para a atmosfera dos gases resultantes da combusto. 1.2 Produo de BioDiesel So denominados habitualmente de leos as substncias que apresentam uma textura viscosa com propriedades lubrificantes. Quanto a origem, existem na natureza os leos minerais, os leos vegetais e os leos animais. possvel produzir-se substncias oleosas com estrutura qumica diferente das estruturas dos leos naturais, sendo tais substncias denominadas de leos sintticos. O biodiesel constitui um exemplo de um leo sinttico. Os leos podem ser classificados ou enquadrados em duas grandes famlias: leos essenciais ou volteis leos glicerdicos ou fixos

Os leos essenciais ou volteis possuem odores acentuados so encontrados principalmente nas folhas, nas flores e nas madeiras, sendo constitudos basicamente de substncias qumicas classificadas como terpenos e terpanos. Pela suas altas volatilidades, os leos essenciais podem ser extrados por arraste com vapor. Exemplos de leos essenciais so: o leo de pinho, o leo de peroba, e os variados leos essenciais empregados na fabricao de perfumes. Os leos glicerdicos ou fixos, no so volteis e encontram-se presentes fundamentalmente nas sementes e nas amndoas. So constitudos quimicamente de triglicerdeos de cidos graxos, ou seja, cidos orgnicos associados glicerina. Constituem exemplos de leos glicerdicos, o leo de soja, o leo de amendoim, o leo de mamona, o leo de oliva, o leo de tungue, e muitos outros leos utilizados para fins alimentcios e/ou industriais. Os leos de animais possuem a mesma estrutura qumica dos leos vegetais, sendo portanto, triglicerideos de cidos graxos, habitualmente chamados de gorduras por encontrarem-se no estado slido nas temperaturas ambientes (abaixo de 250C). O sebo, o leo de mocot, os leos de peixes, so exemplos de leos ou gorduras animais. Todos os leos vegetais e as gorduras de animais, por serem triglicerdeos de cidos graxos, podem ser empregados como matria prima para a sntese do biodiesel. O processo de produo de biodiesel baseia-se numa reao de transesterificao ou alcolise cataltica, em que participam um leo vegetal ou animal, um lcool e um catalisador. O lcool utilizado pode ser o etanol (lcool etlico) ou o metanol (lcool metlico), e o catalisador pode ser o hidrxido de sdio (soda custica) ou o hidrxido de potssio. A Figura esquemtica abaixo resume o processo de transformao dos leos triglicerdicos em biodiesel.

Figura 1 Reao de Transesterificao de leos Glicerdicos leo Vegetal ou Animal

+lcool Etlico ou Metlico

+Hidrxido de Sdio ou de Potssio

BioDiesel

+Glicerina Conforme ser visto com mais detalhes adiante, as caractersticas do biodiesel so praticamente independentes de sua origem, ou seja, as suas propriedades como combustvel para motores do ciclo diesel so

equivalentes, no sendo funo da natureza da matria prima ou do lcool utilizado na reao de transesterificao. 1.3 Caractersticas do BioDiesel Pelas semelhanas de propriedades fluidodinmicas e termodinmicas, o biodiesel e o diesel do petrleo possuem caractersticas de completa equivalncia, especialmente vistas sob os aspectos de combustibilidade em motores do ciclo diesel. Portanto, os desempenhos e os consumos so praticamente equivalentes, e ainda, no h necessidade de qualquer modificao ou adaptao dos motores para funcionar regularmente com um ou com o outro combustvel. Pela equivalncia de suas propriedades fsico-qumicas e como o biodiesel e o diesel mineral so completamente miscveis, as misturas de biodiesel com o diesel mineral podem ser empregadas em qualquer proporo. Esta condio por demais vantajosa, especialmente quando comparada com a situao problemtica do lcool hidratado, uma vez que no so requeridas bombas especficas para os abastecimentos de biodiesel, nem tampouco motores diferenciados e dedicados para o uso de um ou do outro combustvel, inclusive de suas misturas. Duas importantes vantagens adicionais do leo diesel vegetal sobre o leo diesel do petrleo que diferentemente do leo mineral, o biodiesel no contm enxofre e no corrosivo. 1.4 Antecedncias e Estgio Atual O biodiesel foi originalmente concebido e desenvolvido no Cear, no final da dcada de 1970. Aps exaustivos estudos de aplicabilidade, a notcia do novo combustvel, sucedneo do leo diesel mineral, foi divulgada no dia 30 de outubro de 1980, em dia festivo, no Centro de Convenes de Fortaleza. Compareceram ao lanamento, recepcionados pelo ento Governador Virglio Fernandes Tvora, e capitaneados pelo Presidente da Repblica (em exerccio) Aureliano Chaves, altas personalidades do mundo poltico e empresarial brasileiro. Destacou-se a presena integral de presidentes ou superintendentes de todas as empresas fabricantes de motores e montadoras de veculos em atividades no Brasil. Sufocada pela euforia do Programa Nacional do lcool e pelos desinteresses das autoridades brasileiras da poca, a proposta de implementao do biodiesel no Brasil foi lamentavelmente abortada. Todavia, nos pases tecnologicamente avanados, onde se faz necessrio antever o futuro, a proposta do biodiesel foi devidamente considerada. E, na Alemanha, apesar das limitaes agrcolas, o biodiesel j disponvel em quase 800 postos de abastecimentos espalhados em todo o seu territrio. Vrios outros pases j esto implementando a produo de biodiesel, destacando-se a Frana que atualmente o maior produtor, e os Estados Unidos e Austrlia que se preparam, atravs de aes exemplares, para assumir a liderana mundial na produo e consumo desse leo diesel vegetal. deveras importante destacar os interesses demonstrados pelos pases ricos, na importao de biodiesel, desejos que tm sido motivados no

somente nas melhorias ambientais localizadas, mas tambm como contribuies globalizadas para sustar os aumentos do efeito estufa.

2.

A CADEIA PRODUTIVA DO BIODIESEL

A Figura 2 seguinte apresenta, num diagrama de blocos, os elos da cadeia produtiva do agronegcio da mamona incluindo-se a produo de biodiesel. Figura 2 Cadeia Produtiva do Agronegcio da MamonaSementes

Insumos

AGRICULTURA DA MAMONA

Mo de Obra

Insumos

EXTRAO DO LEO

Farelo (adubo)

Insumos

REFINAO DO LEO

leo de Mamona (indstria qumica)

Insumos

PRODUO DE BIODIESEL

DESINTOXICAO DO FARELO

BioDiesel

Glicerina

Farelo (rao)

Em resumo, alm das atividades de comercializao dos insumos e produtos, os elos da cadeia incluem as seguintes atividades produtivas no campo e na indstria: Agricultura da Mamona Extrao do leo Refinao do leo Desintoxicao do Farelo Produo de BioDiesel

3. AGRICULTURA DA MAMONA 3.1 Caracterizao da Planta e Seus Elementos A Planta Supostamente originria da Etipia, a mamoneira, vulgarmente denominada da carrapateira, cientificamente cadastrada por Ricinus communis L., chegou ao Brasil proveniente da frica na poca da escravatura. O Brasil se constitua, h algumas dcadas, no maior produtor mundial de mamona e maior exportador do seu principal produto, o leo de mamona, em ingls, castor oil. Na safra de 1974 foram produzidas 573.000 toneladas de mamona, j em 1996, a produo nacional foi de apenas de 122.000 toneladas, o que representa uma reduo lquida no perodo de 79%. A mamoneira apresenta grande variao quanto ao porte, colorao da folhagem e do caule, ao tamanho e cor da semente, e ao contedo de leo da mesma. As Razes O sistema radicular da planta de mamona do tipo pivotante e fistuloso, podendo atingir at 1,5 metros de profundidade e razes laterais secundrias de at 1,0 metros de comprimento. O sistema radicular secundrio, bem desenvolvido, justifica a resistncia da planta seca, constituindo carter de particular importncia. O Caule O caule redondo, liso, nodoso, de colorao esverdeada, rosada, verde/rosada, avermelhada, marrom ou roxa, e em certos cultivares, coberto de uma fina camada de cera. A haste principal ou primria, cresce verticalmente, sem nenhuma ramificao, at o aparecimento da primeira inflorescncia. O n no qual o primeiro racemo aparece, uma importante caracterstica agronmica, j que associada maturidade. As Folhas As folhas, distribudas alternadamente, so normalmente grandes, palmadas, de cor verde escura, brilhantes, com cinco a onze lbulos. Elas se desenvolvem em longos e firmes pecolos e so medianamente txicas para animais e alguns insetos. As Flores A mamoneira monica, sua inflorescncia uma pancula formada de um racemo bem desenvolvido, com ramificaes laterais dispostos alternadamente. A pancula terminal, isto , representa o fim da haste central do caule e do ramo lateral. As flores femininas localizam-se na parte

superior e as femininas na parte inferior da pancula. Podem aparecer flores hermafroditas no pice da inflorescncia. A polinizao anemfila e as flores masculinas abrem mais cedo que as femininas. O plen pode reter sua viabilidade por at uma semana. Este fato associado arquitetura da inflorescncia, justificam as altas produtividades em sementes. Os Frutos O fruto constitudo de uma cpsula tricoca, contendo em seu interior as sementes. Quanto os aspectos externos, os frutos podem apresentar tipos distintos, isto , muito papiloso, pouco papiloso, inerme liso e inerme rugoso. Quanto deiscncia, se classificam em indeiscentes, semi-deiscentes e deiscentes, conforme o comportamento dos frutos na maturidade. As Sementes As sementes assemelham-se carrapatos, razo da designao vulgar da planta de carrapateira. Podem pesar de 1 a 10 gramas por unidade e possuir cores variadas, simples ou mescladas. As sementes so revestidas por uma casca firme que protege, fazendo conservar a polpa interior que contem leo distribudo em gotculas coloidais imersas numa massa rica em protenas. O leo O leo de mamona, chamado tambm de leo de rcino, um triglicerdeo formado predominantemente pelo cido ricinolico. A semente de mamona contm mais de 45% de leo, podendo chegar a marca dos 48%, dependendo das condies de umidade e temperatura onde a planta conviveu. Entre os leos fixos ou glicerdicos, o leo de mamona considerado um leo atpico no s pelas suas caractersticas qumicas, mas tambm pelas suas propriedades fsicas e fsico-qumicas. o nico leo solvel em lcool etlico a frio. Residem em suas propriedades exticas, as variadas aplicaes do leo de mamona na indstria qumica e de natureza qumica. 3.2 - Requerimentos Climticos Como planta de origem tropical, a mamoneira tem sido comercialmente cultivada desde o Paralelo 400 Norte ao Paralelo 400 Sul, e, desde o nvel do mar at 2.000 metros de altitude. Todavia, no estgio atual do conhecimento, o seu cultivo mais recomendvel no intervalo de 300 a 1.500 metros acima do nvel do mar. Com caracterstica de resistncia seca, a mamoneira obtm rendimento mximo com precipitaes mnimas de 600 700mm anuais. No entanto h informaes de boas produtividades na frica do Sul, sob precipitaes pluviais anuais na faixa de 375-500mm. A experincia tem

demonstrado que o excesso de umidade prejudicial em qualquer perodo do ciclo da lavoura. A mamoneira uma planta de dias longos, crescendo e se desenvolvendo bem em dias de, no mnimo, 12 horas de durao, requerendo temperaturas do ar moderadamente altas, sendo ideal a faixa de 20 a 260C. Altas temperaturas, acima de 400C, provocaro o aborto e a reduo dos teores de leo e de protena nas sementes. Em suma, dias longos, claros e ensolarados so mais propcios que os dias nublados e midos, devendo portanto, haver bastante insolao nos intervalos das chuvas. 3.3 - Requerimentos Edficos O uso da rea adequada para o cultivo da mamoneira pode constituirse num srio fator de degradao dos solos, pois a planta apresenta pequena habilidade de proteo. Por isso recomendvel o uso de terrenos planos ou de relevo com pequenas ondulaes. A cultura da mamoneira desenvolve-se e produz bem em qualquer tipo de solo, com exceo daqueles de textura argilosa e drenagem precria. Solos muito frteis favorecem o desenvolvimento vegetativo excessivo, prolonga o perodo de maturidade e expande consideravelmente o perodo de florao. Estes fatores afetam o rendimento, as prticas culturais e, conseqentemente a economicidade da lavoura. O ideal para a lavoura da mamona ser solos profundos, de textura varivel, porm bem estruturados, com boa drenagem, fertilidade mdia, e com pH na faixa entre 5,0 e 6,8. 3.4 - Cultivares No Brasil, o cultivo da mamoneira ainda feito em bases bastante rudimentares. Na maioria dos campos produtores, predomina o uso de mistura indefinida de tipos locais para plantio. Em levantamento realizado (1970) foram encontrados mais de 90 tipos diferentes de sementes, demonstrando assim o grau de heterogeneidade da cultura no Pas. Para muitos a cultura da mamona em muitas regies brasileiras ainda caracterizada como predominantemente extrativista, onde o trabalhador rural um mero colheidor de sementes. Graas aos esforos das instituies de pesquisas agronmicas, das quais merece destaque especial a EMBRAPA, mormente o seu Centro de Pesquisa do Algodo CNPA, em Campina Grande, na Paraba, avanos significativos esto ocorrendo na tecnologia agronmica da mamoneira. Os sistemas de cultivo esto sendo estudados e novas cultivares, obtidas atravs de melhoramentos genticos, esto sendoproduzidas. De fato, cultivares capazes de proporcionar elevadas produtividades esto sendo produzidas e distribudas aos produtores rurais com o objetivo de se aumentar a sua produtividade e rentabilidade. As cultivares da mamoneira podem ser classificadas quanto ao porte da planta e o grau de deiscncia do fruto. Com relao ao porte da planta, a mamoneira classificada em:

Ano - altura da planta inferior a 1,50 metrosBaixo altura da planta inferior a 1,80 metros Mdio - altura da planta entre 1,80 e 2,50 metros Alto - altura da planta entre 2,50 e 5,00 metros Arbreo altura da planta superior a 5,00 metros Quanto a deiscncia dos frutos, as cultivares de mamoneira classificam-se nos seguintes grupos: Deiscentes Semi - deiscentes Indeiscentes Nos pases de agricultura mais avanada, a nfase tem sido dada a obteno e utilizao de cultivares do tipo ano indeiscentes, pelo fato desta condio facilitar tanto a colheita mecnica quanto a aplicao de defensivos agrcolas, e alm disso, estas variedades tendem a ser mais produtivas considerando a rea plantada. Os outros tipos apresentam, por outro lado, maiores capacidades de adaptao s maiores condies marginais de clima e solo, como o caso da maior parte dos solos do semi rido nordestino. Os tipos ano e baixo poderiam ser recomendados para cultivo em regies de solos frteis onde o problema da disponibilidade de gua no seja crtico. Os outros tipos seriam para as reas marginais, com problemas de fertilidade e disponibilidade de gua. Com relao deiscncia, a recomendao seria a obteno e uso de cultivares indeiscentes, para colheita mecanizada no mnimo, semideiscentes, para a agricultura familiar, pela maior facilidade que estas condies oferecem colheita. No geral, para que uma cultivar seja indicada para plantio, ela dever compor as seguintes caractersticas: ter bom desenvolvimento e rusticidade; ser de porte baixo ou mdio; ser precoce e estvel; produzir grande nmero de cachos; ter frutos indeiscentes ou semi-deiscentes; ser de alta produtividade; produzir sementes de tamanho mdio e com alto teor de leo; ser resistente s pragas e doenas.

3.5 - Lavoura da Mamona Aps a seleo da rea adequada e o cultivar apropriado, a lavoura da mamoneira dever ser praticada com os seguintes requisitos bsicos: Conservao e Preparo do Solo H basicamente dois mtodos de conservao do solo, a saber: o mtodo mecnico e o mtodo cultural.

O mtodo mecnico consiste na construo no terreno de obstculos s enxurradas, constantes de pequenos canais, valas, leiras, patamares e fossos detentores de gua. O mtodo cultural aquele em que o homem, procurando imitar a natureza, se utiliza de pedras soltas no terreno, vegetao nativa, etc., a fim de proteger o solo contra a eroso. bem sabido que o melhor sistema de preparo do solo aquele que proporciona as mais propcias condies para germinao, emergncia, crescimento e desenvolvimento das razes e da planta da mamoneira, com o mnimo possvel de operaes, para garantir a sua conservao. Os mtodos e as tcnicas recomendadas para o preparo do solo dependem do tipo de solo, isto , se arenoso, se argiloso ou medianamente arenoso ou argiloso. Adubao A mamoneira considerada uma planta exigente em nutrientes minerais e esgotante de solo onde cultivada. Estudos tem demonstrado que, para produzir 2.000 kg de sementes por hectare por ano, a lavoura necessita de aproximadamente 80 kg de nitrognio, 18 kg de fsforo (P2O5), 32 kg de potssio (K2O), 13 kg de clcio (CaO) e 10 kg de magnsio (MgO). Todavia, a adubao deve ser feita com base nos resultados das anlises de solo. A presena do profissional agrcola imprescindvel para as interpretaes das anlises e conseqentes recomendaes das dosagens de nutrientes. Calagem A planta da mamona necessita de solos corrigidos, com pH em nvel adequado solubilidade dos nutrientes essenciais e livres de elementos txicos. A faixa de pH adequado 5,0 6,8. Da mesma forma que no caso da adubao, a presena de um agrnomo essencial para as recomendaes das dosagens e das tcnicas de aplicao. Plantio A poca do plantio reveste-se de grande importncia e certa complexidade. Dela depender o sucesso de uma cultura, principalmente quando a semeadura feita em condies de sequeiro. A ela esto relacionados o grau de incidncia de pragas e doenas e a utilizao de substrato ecolgico, especial os fatores hdricos e trmicos, que influenciaro no ciclo e na produtividade da lavoura. O plantio da mamoneira dever ser efetuado no incio da estao chuvosa, depois de pelo menos 30mm de chuva. Plantios tardios reduzem drasticamente o rendimento da lavoura, pois os fatores luminosidade e umidade sero limitantes para o crescimento e desenvolvimento da planta nestas condies.

O plantio da mamoneira poder ser efetuado manual ou mecanicamente, dependendo da disponibilidade de implementos e/ou das condies econmicas do produtor. O plantio manual o mais comum, especialmente no semi-rido nordestino, e consiste em semear as sementes em covas previamente abertas. Dependendo da percentagem de germinao e do vigor das sementes, deposita-se trs ou mais sementes por cova. Gastam-se assim de 5 a 15 kg de sementes para se plantar um hectare. O plantio mecnico mais indicado para grandes reas com cultivares indeiscentes, de sementes pequenas e mdias, cujos espaamentos entre plantas na fileira seja pequeno, quais sejam, de 0,5 a 1,0m. Em qualquer caso, o plantio dever ser feito em curva de nvel, ou pelo menos, no sentido perpendicular ao escoamento das guas. A profundidade de semeadura dever ser ajustada em funo da capacidade de armazenamento de gua do solo, de forma que, quanto maior a capacidade de reteno de gua do solo, menor a profundidade de plantio. Para solos de textura arenosa e baixa capacidade de reteno de gua, recomenda-se uma profundidade de 5 cm. Em solos de textura pesada torna-se mais indicada fixar-se o plantio com 3 cm de profundidade. Aps a germinao e emergncia das plantas, quando as mesma atingem uma altura entre 10 e 12 cm, recomenda-se o desbaste que consiste na eliminao do excesso de plantas em cada cova. O desbaste recomendvel ser realizado com solo mido com aproximadamente 25 a 30 dias aps o plantio, deixando prosperar uma ou duas plantas por cova. Quanto aos sistemas de cultivo, estes podem ser classificados em dois grupos: o sistema isolado e o consrcio de culturas. Conforme o sistema adotado importante seguir as recomendaes sobre os espaamentos e as densidades de plantio, entendendo que o espaamento a distncia entre duas fileiras de plantas, e a densidade de plantio, o espao deixado entre as covas numa mesma fileira. A definio da populao tima da mamoneira para determinada localidade depender basicamente de 4 fatores: (a) crescimento da cultivar; (b) da fertilidade do solo; (c) da disponibilidade de gua; (d) da necessidade e do tipo de trfico para os tratos culturais. No planejamento da lavoura, um profissional agronmico, experimentado na lavoura de mamona simples e consorciada, deve ser consultado para a deciso sobre os espaamentos e as densidades de plantios, os quais dependem alm dos quatro fatores anteriormente mencionados, mas tambm, se for o caso, do tipo de consrcio adotado (milho, feijo, etc.). evidente que, para uma deciso mais confivel, necessrio se faz realizar uma anlise prvia de solo. Doenas e Pragas da Mamoneira Apesar de ser considerada uma planta rstica o cultivo de mamoneiras ameaado por pragas e doenas, das quais destacam-se as apresentadas do Quadro (1) mostrado a seguir:

Quadro (1) Doenas e Pragas da Mamoneira Doenas Mofo Cinzento Murcha de Fusarium Podrido Macrophomina Podrido Botryodiplodia Mancha de Alternaria Mancha de Cercospora Tombamento Pragas Percevejo Verde Cigarrinha caro Rajado caro Vermelho Lagarta da Folha

Os sintomas e as etiologias das doenas, bem como as respectivas tcnicas de prevenes e os tratamentos so apresentadas na literatura especializada. Todavia, de um modo geral as doenas so prevenidas atravs do uso de sementes ss e de boa qualidade, da adoo de cultivares com destacadas resistncias, do uso de terrenos sanitizados, fazer rotaes de culturas, emprego de adubaes corretas. Da mesma forma, as pragas e respectivos danos so apresentadas na literatura especializada, incluindo-se os boletins tcnicos dos fornecedores de defensivos agrcolas. Os controles so habitualmente realizados com pulverizaes de defensivos agrcolas, cujas dosagens e modo de aplicao encontram-se descritos nos boletins e informativos referentes aos produtos comercialmente disponibilizados. Plantas Daninhas A mamoneira considerada uma planta sensvel competio das plantas daninhas pelos recursos naturais (gua, nutrientes, CO2, luz). A planta apresenta um crescimento inicial lento com relao as plantas daninhas. Este fato explicvel, levando em considerao que a arquitetura da planta, com distribuio superficial das razes, com baixo ndice de rea foliar, baixo nvel populacional e modalidades de arranjo de plantas, deixam esta euforbicea mais vulnervel competio das ervas daninhas e da ao danosa dos cultivos mecanizados. Como qualquer planta cultivada, a mamoneira no se desenvolve isoladamente, mas em populaes estreitamente espaadas e intimamente relacionadas. Na fase inicial uma planta no altera o estabelecimento da outra. O efeito de uma planta sobre outra se inicia quando a demanda por um ou mais fatores de crescimento maior que o suprimento. A se inicia o processo de competio que, segundo os estudiosos, causada pela interferncia entre indivduos de uma populao (homognea ou no) pelos recursos naturais, quando o nvel de pelo menos um desses fatores estiver abaixo da necessidade combinada dos membros da populao. A competio das plantas daninhas leva, obviamente, reduo da produtividade, e em conseqncia, da economicidade da lavoura da mamoneira.

Poda A mamoneira, quando cultivada em terras frteis, apresenta desenvolvimento vegetativo exuberante, o que vem a dificultar o processo de colheita e a execuo de tratos culturais como a aplicao de inseticidas no controle de pragas. A poda uma operao recomendvel para os cultivares de porte mdio e alto, nunca para os tipos anes. Os efeitos preconizados para esta prtica residem na reduo do porte da planta, no estmulo emisso de ramos laterais, no maior crescimento horizontal e na conseqente supresso natural de plantas daninhas, tudo isto resultando num aumento na produtividade da lavoura. No entanto, h evidncias de que a poda a 30 60 cm poder reduzir a altura e aumentar a ramificao, havendo porm reduo no rendimento. Colheita A colheita nas variedades deiscentes ou semi-deiscentes dever ser feita quando 2/3 dos frutos estiverem secos. Para os cultivares explorados no Nordeste, a colheita manual e parcelada, e, para complementar a secagem, recomenda-se espalhar os frutos ao sol por vrios dias. Para cultivares indeiscentes, a colheita pode ser mecnica ou manual e dever ser realizada numa nica vez. Ps Colheita Para as variedades deiscentes e semi-deiscentes, os frutos que no abriram aps a secagem no terreiro, devero ser beneficiados a fim de se obter a semente limpa, livre de casca e de areia. No Nordeste, o beneficiamento freqentemente feito atravs de varas flexveis, ou casualmente, feitos mecanicamente atravs de decorticadores motorizados, equipamentos utilizados para outros produtos como amendoim, caf, etc. Quando o beneficiamento feito com varas, necessrio se faz peneirar o produto para separar as sementes das cascas. Todavia, no beneficiamento mecanizado, a peneirao dispensvel, uma vez que as sementes j saem da mquina, limpas. Atenes devem ser prestadas quanto as pragas dos gros armazenados que apesar de serem poucas e raras, so suscetveis de acontecer, principalmente se o processo de decorticao foi mal feito, danificando excessivamente o carnculo ou casca das sementes. Aps o beneficiamento, as sementes devero ser acondicionadas em sacos de aniagem e a sacaria dever ser empilhada sobre estrados de madeira, em depsitos limpos, secos e arejados. Muito importante para o agricultor conhecer a sua produtividade medida em quilogramas de sementes beneficiadas (limpas e secas) por hectare de terreno utilizado. Conhecer o teor de leo sua semente constitui tambm um dado importante, especialmente quando se deseja fazer alguma barganha na comercializao.

3.6 Produtividades Agrcolas A produtividade de um plantio de mamona pode variar numa ampla faixa, compreendida entre alguns poucos kg a vrias toneladas por hectare por ano. Sim, a produtividade pode ser desprezvel quando as condies agronmicas sejam integralmente adversas, e atingir valores incrveis quando todas as condies forem ideais. Os fatores agronmicos determinantes da produtividade da mamoneira so os seguintes: sistema de cultivo: se lavoura irrigada ou em sequeiro; sistema de cultivo: se cultura nica ou em consrcio; sistema de cultivo: espaamentos e densidades do plantio; cultivar adotado; tipo de solo: textura, concentrao de nutrientes, pH; clima: precipitaes (volume e distribuio); clima: temperatura, umidade do ar e luminosidade; poca do plantio; desbaste e eliminao de plantas daninha; pragas e doenas; outros possveis fatores.

Os estudos e pesquisas agronmicas esto sendo conduzidos em diversos centros especializados, destacando-se o CNPA Centro Nacional do Algodo da EMBRAPA, localizado em Campina Grande, na Paraba, onde a mamoneira est sendo verdadeiramente domesticada. As condies ideais de cultivo esto cada vez mais conhecidas e variedades clones de alta produtividade esto cada vez mais viveis. Atualmente, j possvel ultrapassar a barreira dos 2.500 kg por hectare por ano, com novos cultivares, em cultivo isolado, em regime de sequeiro, desde que sejam realizados em condies edafo-climticas favorveis e tratos culturais recomendveis. Para fins de clculos, uma produtividade mdia de 1.500 kg de mamona por hectare ano constitui um nmero prudente, sendo algo por demais atrativo para o cultivo familiar no semi-rido nordestino. Revendo o passado e avaliando os resultados atuais possvel antever um futuro extraordinariamente promissor com respeito as produtividades. Importante deva ser o apoio s instituies de pesquisas dedicadas a ricinocultura, objetivando-se maiores progressos atravs da continuidade dos trabalhos, porque necessrio sempre adaptar cultivares s condies ecolgicas diversas.

4.

TECNOLOGIA DA PRODUO DE BIODIESEL1.3 - Extrao do leo de Mamona

O processo de produo de leo de mamona, envolve no somente as etapas de preparao e extrao, mas tambm a refinao do leo, de forma que se possa obter um combustvel de qualidade. Para pequenas unidades de extrao de leo de mamona (< 30 toneladas de sementes por dia) recomenda-se a extrao mecnica exclusiva, dispensando assim a etapa de extrao por solvente. Para produes intermedirias (entre 30 e 100 toneladas de sementes por dia) tem sido empregados processos com extrao mecnica seguida de extrao por solvente, operada de forma descontnua ou semi-contnua. Para grandes produes recomenda-se o processo completo de extrao realizvel de forma contnua. Nos processos em que utiliza a extrao mecnica com exclusividade, a torta de mamona sai com um teor de leo na faixa de 6 a 8%, podendo ser comercializada exclusivamente como adubo. Com tais teores de leo no h convenincia de desintoxicao, transformando-a em ingrediente de rao. A torta de mamona nesta condio denominada de torta gorda. No entanto, nos processos de extrao em que se inclui a etapa de extrao com solvente, a torta de mamona sai do processo com um teor de leo inferior a 1%, se prestando para ser desintoxicada para a comercializao no mercado de raes. A torta de mamona nestas condies denominada de torta magra ou farelo, desintoxicada ou no, conforme, respectivamente, ela tenha sido tratada com vapor para a eliminao da ricina, ou no. A Figura 2, adiante exposta, mostra esquematicamente em blocos, todas as etapas produtivas do processo completo de extrao, envolvendo inclusive a etapa de extrao com solvente. As operaes necessrias possuem as seguinte caractersticas: Recepo A mamona, conforme entendimentos com os fornecedores, dever chegar na usina de leo em sacos especiais (bags) ou granel. Quando o fornecimento feito granel, o veculo transportador dever ser dotado de carroceiria metlica do tipo basculante. De qualquer forma, aps a pesagem do contedo integral do veculo, a mamona dever ser descarregada, registrando-se o peso bruto, cujo valor dever ser subtrado do peso das impurezas captadas na operao de limpeza. O peso lquido dever ser ento anotado para o devido crdito do fornecedor. Limpeza A limpeza da mamona, como o prprio nome j sugere, tem por objetivo a eliminao das impurezas contaminantes da mamona provenientes do campo. Tais impurezas so constitudas de palhas, cascas de mamona,

pedrias, areia, etc., que so eliminadas por jateamento de ar e peneirao, operaes realizadas por um equipamento denominado de mquina de limpeza. Armazenagem As bagas limpas de mamona devero ser armazenadas em silos, utilizando-se para carga e descarga, transportadores adequados para gros. Decorticao As bagas de mamona so envolvidos por uma casca celulsica a qual deve ser retirada antes do cozimento. Esta operao denominada de decorticao, sendo realizada por mquina especializada, denominada de decorticador de mamona. Cozimento A mamona decorticada dever abastecer, de forma contnua, um conjunto de cozinhadores disponveis. O cozinhamento vapor dever preparar o material oleaginoso para a extrao mecnica. Desta forma, cada cozinhador dever ser posicionado sobre uma prensa correspondente. Extrao Mecnica De modo contnuo e solidrio, a carga cozinhada dever abastecer as prensas tipo expeller para o primeiro estgio de extrao denominada de extrao mecnica. Se no processo for excluda a etapa de extrao com solvente, a prensa ser regulada de forma a soltar uma torta com um teor de leo na faixa de 6 a 8%. De modo diferente, se includa a etapa de extrao com solvente, o material que dever ingressar na prensa com 45% de leo, sair com cerca de 20 a 25% de leo, pois a presso dever ser regulada de forma a minimizar os danos na torta ocasionados pelos efeitos trmicos. Em ambos os casos o material que sai do conjunto de prensas, ainda rico em leo, denominado de torta gorda. Filtrao O leo que sai dos processos de extrao contm slidos em suspenso, carecendo de uma filtrao. Sai dos filtros, de um lado, leo de mamona lmpido, e do outro um a borra, tambm chamada de mucilagem. Laminao A torta gorda em pedaos dever ser desintegrada e laminada num equipamento especial, denominado de laminador. Esta operao necessria para que se possa ter um rendimento satisfatrio na extrao por solvente.

Extrao com Solvente A torta gorda laminada, em forma de escamas ou flocos, dever alimentar o extrator por solvente, o qual dever promover em contracorrente a solubilizao do leo pelo solvente, no caso a hexana. Portanto, entram no extrator a torta gorda e a hexana, saindo a torta com baixo teor de leo e a soluo de leo em solvente, lquido este denominado de micela. A torta com baixo teor de leo, contaminada de solvente, denominada de torta magra mida ou farelo mido. Dessolventizao do Farelo O farelo mido dever entrar num equipamento denominado de dessolventizador ou tostador, para sofrer a eliminao do solvente, no caso a hexana. Sai do tostador o farelo seco e o solvente em forma de vapor, o qual dever tornar-se lquido atravs de um condensador. Recuperao do Solvente A micela, que se constitui de uma soluo de leo de mamona em hexana, entra num conjunto de evaporadores para destilar o solvente, o qual aps passar por um condensador recuperado para a reutilizao junto com o solvente residual obtido do dessolventizador de farelo. No processo de recuperao de solvente, incluindo-se a dessolventizao da torta h uma perda de solvente, que na prtica situa-se entre 0,5 a 1% em relao a quantidade de solvente em circulao no sistema de extrao. A perda de solvente continuamente reposta no sistema, e constitui uma parcela significativa na formao do custo total da extrao do leo. A Figura 4 apresenta um fluxograma do processo de extrao do leo de mamona, reunindo na forma seqenciada todas as operaes envolvidas.

Figura 4 Processo de Extrao do leo de Mamona

BAGAS DE MAMONA

RECEPO

LIMPEZA

DETRITOS

ARMAZENAGEM

DECORTICAO

CASCAS

VAPOR

COZIMENTO

LEO

PRENSAGEM

HEXANA

LAMINAO SOLVENTE

SOLVENTE

EXTRAO COM SOLVENTE

RECUPERAO DO SOLVENTE

DESSOLVENTIZAO DO FARELO

FILTRAO

BORRA

LEO BRUTO DE MAMONA

FARELO

1.4 - Refinao do leo A refinao ou refinamento do leo de mamona tem por objetivo preparar esta matria prima para a obteno adequada dos steres metlicos ou etlicos, os quais devero constituir o biodiesel. desejvel eliminar do leo a sua acidez, as partculas slidas em suspenso e o residual de gua. Tais objetivos so obtidos atravs da aplicao das operaes apresentadas, de forma seqenciada, no fluxograma mostrado a seguir na Figura 5:

Figura 5 Refinao do leo de Mamona

OLEO BRUTO

FILTRAO

BORRA

GUA

NEUTRALIZAO

HIDRXIDO DE SDIO

CENTRIFUGAO

AGUA RESIDUAL

OLEO REFINADO

Filtrao Esta operao, normalmente realizada num conjunto de filtros tipo prensa, objetiva a retirada de materiais em suspenso, contidos no leo. Tais materiais constituem o que se denomina de borra de filtrao ou mucilagem. Neutralizao A lavagem do leo de mamona, realizada com uma soluo aquosa diluda de hidrxido de sdio (soda custica), visa principalmente neutralizar o leo, eliminando-se os cidos graxos livres. A lavagem alcalina ou neutralizao do leo vegetal feita num tanque agitado, sendo a mistura gua leo separada em razo de sua imiscibilidade e da diferena de densidade.

Centrifugao A mistura leo gua de lavagem comumente separada utilizandose de um separadora centrfuga, a qual pelo efeito centrfugo separa misturas imiscveis de densidades diferentes. Desumidificao Os leos vegetais, especialmente o leo de mamona, tem a capacidade de reter gua, a qual, mesmo em diminutas propores, constitui um fator negativo na reao de transesterificao necessria produo do biodiesel. A eliminao da umidade contida nos leos vegetais feita aquecendo-se o leo a temperaturas superiores a 1000C, e em seguida, atomizando o leo quente numa coluna submetida vcuo. O equipamento para desumidificao de leos vegetais denominado de coluna de secagem ou de desumidificao de leo. 1.5 Desintoxicao da Torta A torta ou farelo de mamona possui naturalmente uma toxina, denominada de ricina, a qual tem efeito danoso no organismo dos animais. Por esta razo, para aplicar o farelo de mamona como ingrediente de raes, necessrio se faz eliminar a ricina. A operao de eliminao da ricina contida na torta de mamona denominada de desintoxicao, sendo realizada atravs de um aquecimento com vapor, utilizando-se de um conjunto de autoclaves. A temperatura da operao dever ser superior a 1300C e o tempo de aquecimento de, no mnimo, 30 minutos. Figura 6 Processo de Desintoxicao da Torta de Mamona

FARELO TXICO

VAPOR

DESINTOXICAO DA TORTA DE MAMONA

FARELO DESINTOXICADO

1.6 Produo de BioDiesel A transformao do leo vegetal em biodiesel se d atravs de uma reao qumica denominada de transesterificao ou alcolise cataltica do leo, tendo como substncias coadjuvantes um lcool e um catalisador. O lcool pode ser o lcool metlico, tambm denominado de metanol, ou o lcool etlico, conhecido tambm como etanol, ambos na forma anidra, isto , isentos de gua. O catalisador mais conveniente o hidrxido de sdio, mais conhecido como soda custica, podendo ser empregado alternativamente o hidrxido de potssio. A produo de biodiesel pode ser planejada e conduzida atravs de processos contnuos ou descontnuos. recomendvel que as grandes unidades (> 30.000 litros por dia) sejam projetadas para funcionar no modo contnuo e as pequenas unidades, no modo descontnuo, isto , em bateladas. Figura 7 Processo de Produo de BioDiesel

LEO DE MAMONA

ETANOL OU METANOL

TRANSESTERIFICAO DO LEO DE MAMONA

HIDRXIDO DE SDIO CIDO CLORDRICO

EXCESSO DO LCOOL

RECUPERAO DO EXCESSO DE LCOOL

SEPARAO DAS FASES

FASE LEVE

FASE PESADA

PROCESSOS DE PURIFICAO GLICERINA BRUTA

BIODIESEL

Transesterificao do leo de Mamona A Figura 1, apresentada no captulo 1. INTRODUO deste relatrio, mostra a reao de transesterificao na sua forma genrica. Esta a reao qumica principal do processo de converso dos leos vegetais em biodiesel. No processo de converso outras reaes qumicas acontecem, quais sejam: Metanol (+) NaOH ou KOH Metxido de Sdio ou de Potssio (+) gua Ou, se empregar o lcool etlico, tem-se: Etanol (+) NaOH ou KOH Etxido de Sdio ou de Potssio (+) gua

leo de Mamona + NaOH Sabo de Sdio + Glicerol Ou, se empregar o hidrxido de potssio, leo de Mamona + KOH Sabo de Potssio + Glicerol No caso de neutralizar a mistura com cido clordrico, Sabo de Sdio ou de Potssio (+) HCl NaCl ou KCl + cidos Graxos NaOH = Hidrxido de Sdio NaCl = Hidrxido de Sdio HCl = cido Clordrico KCl = Cloreto de Potssio

A reao de formao de sabo deve ser evitada em prol de um maior rendimento na produo de biodiesel e de uma melhor qualidade final do produto. A minimizao desta reao feita ajustando-se as variveis que controlam as reaes envolvidas, cujas condies devem ser extradas dos estudos cinticos realizados em laboratrio, empregando o leo vegetal em uso. Recuperao do Excesso de lcool Para maximizar a taxa de converso, a reao de transesterificao realiza-se com um excesso estequiomtrico de lcool etlico ou metlico. O lcool dever sobrar no final da reao devendo ser recuperado para realimentao no processo. A recuperao do excesso de lcool transesterificante feita por sua evaporao seguida de uma condensao dos vapores de lcool evaporado. Separao das Fases

Concluda a transformao do leo de mamona em steres metlicos ou etlicos (biodiesel), resulta uma mistura que pode ser desdobrada em duas fases imiscveis. Esta mistura submetida a uma operao de separao a qual se realiza atravs de uma decantao, uma vez que existe uma grande diferena nas densidades das fases. A fase mais densa constituda por glicerol, contaminada de sabo de sdio ou potssio e/ou de cloreto de sdio, caso o produto reacional tenha sido neutralizado com uma soluo de cido clordrico. Esta fase denominada de glicerina bruta, substncia comercializada no mercado industrial qumico. A fase mais leve, ou menos densa, constituda predominantemente de steres etlico ou metlico, contaminados com pequena quantidade de leo de mamona que no reagiu, de traos de sabo, cidos graxos e umidade. Processos de Purificao A purificao da fase menos densa visa a eliminao ou diminuio das impurezas de forma a obter-se um produto, biodiesel, de alta qualidade. O processo de purificao se faz combinando-se as seguintes operaes realizveis de modo seqencial: Centrifugao do produto para eliminao de glicerina, a qual carreia sempre alguma gua. Filtrao do produto para a eliminao de algum slido em suspenso.

5. MOTIVAO SOCIALA regio considerada semi-rida nordestina tem como caracterstica a escassez de chuvas no somente sob o aspecto de pluviosidade anual, mas tambm quanto a distribuio ou regularidade das precipitaes ao longo do perodo das chuvas denominado de inverno. Isto significa que a indicao do volume absoluto de precipitaes na estao chuvosa no constitui dado suficiente para o sucesso das lavouras e pastos, pois to importante a distribuio ou regularidade das precipitaes ao longo do perodo. Por exemplo, j houve ano que choveu excessivamente (>1.500mm), todavia de forma totalmente irregular, abortando-se as safras agrcolas e apodrecendose os pastos, gerando uma situao que se denomina de seca mida. O inverso tambm verdadeiro, ou seja, anos que choveu pouco (