TÓPICOS ESPECIAIS BIODIESEL

Prof. Dra. Adriana DantasENGENHARIA DE BIOTECNOLOGIA E BIOPROCESSOSUERGS, Bento Gonçalves, RS

14/03/2016

INTRODUÇÃO

• O Biodiesel é um biocombustível derivado de fontes renováveis como óleos vegetais, gordura animal, óleos e gorduras residuais • Na presença de um catalisador, reagem

com o álcool etílico ou metílico, resultando em um combustível de alta qualidade e grande potencial na substituição de óleo diesel.

PRIMEIROS ENSAIOS DE APLICABILIDADE

• O lançamento do PRODIESEL, feito após exaustivos testes de aplicabilidade realizados ao longo dos anos de 1979 e 1980 • financiada pela FINEP apoio do Ministério da Aeronáutica.

• Fabricações sistemáticas de um novo combustível, implantou uma unidade piloto industrial com a capacidade produtiva de 200 litros por hora de biodiesel.

• MATÉRIAS PRIMAS ENSAIADAS• Diversificadas matérias primas foram empregadas na produção do diesel vegetal,

onde se incluem os óleos de soja, de babaçu, de amendoim, de algodão, de colza, de girassol, de dendê, entre outras.

BIODIESEL DE MARACUJÁ

• Um fato curioso e pitoresco que merece destaque foi a produção de diesel vegetal a partir de óleo de semente de maracujá

• Foi encomenda da AGROLUSA – Agro-industrial Luiz Guimarães SA, que produzia grandes quantidades de suco desta fruta.

• Foi estabelecido um programa de produção de 1.000 litros por semana durante 6 meses.

• O biodiesel de maracujá movimentou a frota daquela empresa durante todo um semestre.

BIODIESEL DE ÓLEO DE PEIXE• Processamento de 200 litros de óleo de peixe proveniente da Bélgica,

matéria prima enviada pela DeSmet, a maior e mais famosa empresa especializada no fornecimento de equipamentos para extração de óleos.

Como a matéria prima era originária de peixes, foi produzido assim, de forma inédita, óleo diesel animal, o qual fez funcionar muito bem um motor diesel, à semelhança dos óleos diesel de origem vegetal.

QUEROSENE VEGETAL DE AVIAÇÃO

• De um pacto que celebramos com o Tenente Brigadeiro Délio Jardim de Matos (Ministro da Aeronáutica), desenvolvemos na PROERG um sucedâneo vegetal do querosene de aviação

• No final de 1982, o querosene vegetal para aviões à jato estava pronto, recebendo a denominação de PROSENE.

O combustível foi aprovado e homologado pelo CTA – Centro Técnico Aeroespacial, e, no dia 23 de outubro de 1983, no Dia do AviadorUma aeronave nacional, turbo hélice, de marca “Bandeirante”, decolou de São José dos Campos para sobrevoar Brasília.

PATENTE DA QUEROSENE VEGETAL

• Homologada do novo combustível foi doada para o Ministério da Aeronáutica

• PATENTE PI – 8007957

• Foram requeridas ao INPI – Instituto Nacional de Propriedade Industrial, em 1980, duas patentes de invenção, das quais uma foi homologada.

• A Patente PI –8007957, de 1980, foi a primeira patente, a nível mundial, do biodiesel e do querosene vegetal de aviação, a qual entrou em domínio público, pelo tempo e desuso.

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O ABORTO DO DIESEL VEGETAL BRASILEIRO

• Por várias razões, incluindo -se a diminuição dos preços do petróleo e o desinteresse da PETROBRAS, as atividades de produção experimental de óleo diesel vegetal, então PRODIESEL, foram paralisadas.

• A produção de óleo diesel vegetal a partir de óleos oriundos de sementes oxidadas, por exemplo, que corresponde a cerca de 3% do total processado no Brasil poderia ser viável, considerando o baixo preço da matéria prima. • De qualquer forma a intenção de se produzir óleo diesel vegetal no Brasil foi

abortada. • O mesmo não aconteceu em outros países, principalmente na Europa e América

do Norte onde o assunto prosperou.

REAÇÕES CATALISADORAS

• Rota química (processo convencional)• catalisadores químicos, ácidos ou básicos

• Rota biológica (processo não convencional)• catalisadores biológicos, enzimas ou células imobilizadas.

• Diversidade de processos implementados

OBJETIVO DO TÓPICO

Discutir algumas considerações sobre a produção de diferentes matérias-

primas e rotas tecnológicas no bioprocesso da produção de bioediesel.

CONCEITOS E TERMINOLOGIA

• BIODIESEL • combustível renovável, biodegradável e ambientalmente

correto• sucedâneo ao óleo diesel mineral• constituído de uma mistura de ésteres metílicos ou etílicos

de ácidos graxos• obtidos da reação de transesterificação de qualquer

triglicerídeo com um álcool de cadeia curta, metanol ou etanol, respectivamente. • produzidos a partir de outras matérias primas

ECODIESEL

• Combustível obtido da mistura de biodiesel e óleo diesel mineral, em proporções ajustadas• EcoDiesel B -20 - corresponde a uma mistura contendo 20% em volume de biodiesel•Diferenciação conceitual - biodiesel x ecodiesel• Está na melhoria quanto as emissões para a atmosfera dos gases resultantes da combustão.

MISTURAS BIODIESELDIESEL MINERAL

• As mistura entre o biodiesel e o diesel mineral é conhecida pela letra B + o número que corresponde a quantidade de biodiesel na mistura• Mistura tem 5% de biodiesel, é chamada B5, se

tem 20% de biodiesel, é B20. • A utilização do biodiesel puro ainda está sendo

testada, se for usado só biodiesel (100%) sem misturar com o diesel mineral, é chamada de B100.

MISTURAS BIODIESEL / DIESEL MINERAL • Diesel vendido nos postos pelo Brasil possui 5% de biodiesel e 95% de diesel

(B5). • Em julho de 2014 esse percentual subiu para 6% e em novembro de 2014

para 7%. .

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE UM COMBUSTÍVEL DIESEL

• Combustibilidade• grau de facilidade em realizar a combustão no equipamento na

forma desejada, na produção de energia mecânica mais adequada.

• Impactos Ambientais das Emissões• O teor de enxofre e de hidrocarbonetos aromáticos, além da

combustibilidade, são características importantes inerentes aos impactos das emissões.

• Compatibilidade ao Uso• representada pela lubricidade e pela corrosividade, sendo esta

última, definida teor de enxofre e pela acidez do combustível. • Compatibilidade ao Manuseio• diz respeito aos transportes, aos armazenamentos e a

distribuição do combustível, sendo a corrosividade, a toxidez e o ponto de fulgor as propriedades mais importantes

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE UM COMBUSTÍVEL DIESEL

COMBUSTIBILIDADE

• Relaciona -se as seguintes propriedades essenciais do combustível• poder calorífico e o índice de cetano.

• A viscosidade cinemática e a tensão superficial• definem a qualidade de pulverização na injeção do

combustível• fatores de qualidade na combustão.

• O ponto de fluidez • importante propriedade, sinalizando para a adição de

aditivos anticongelantes (países frios).

MATÉRIAS PRIMAS

• O conhecimento da matéria prima no processo industrial é um elemento essencial para definir rotas e alternativas tecnológicas eficientes

• Aproveitamento de óleos e gorduras na produção de biodiesel• Óleos Vegetais• Óleos de frituras• Óleos Vegetais Gorduras de Animais• Óleos e Gorduras Residuais

REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO

• A reação de transesterificação é a etapa da conversão do óleo ou gordura, em ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, que constitui o biodiesel.

• A reação pode ser representada pela seguinte equação química:

• Óleo ou Gordura + Metanol • Ésteres Metílicos + Glicerol

• Óleo ou Gordura + Etanol Ésteres Etílicos + Glicerol

USO DE LIPASES

• A transesterificação utilizando catalizador enzimático lipases imobilizadas vem sendo estudada no país disponíveis comercialmente, assim como solúveis previamente imobilizadas em suportes.• Vantagens de seu uso comparados às vias químicas tradicionais. • diminuição de gastos com energia• minimização da degradação térmica dos compostos

• Estas são provavelmente as principais atrações que levam à substituição das tecnologias químicas atuais pelas biológicas.

BIOCATALISADOR IMOBILIZADO

• Imobilização de células microbianas por adsorção

• Os métodos de imobilização requerem uma interação fraca ou a formação de ligações covalentes entre a lipase e o suporte

• Consiste no confinamento físico das células em uma região definida de espaço• São mantidas suas atividades catalíticas em processos de operação contínua ou descontínua• Possibilita a reutilização das células• utilizado pela sua simplicidade, baixo custo, fácil manipulação e grande diversidade de

suportes

MÉTODOS DE IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS

ENVOLVIMENTO DE CÉLULAS MICROBIANAS EM MATRIZES

• Habilidade de alguns microrganismos se fixarem naturalmente em superfícies de diferentes ambientes,• a colonização da superfície por formação de biofilmes é uma estratégia universal das

bactérias para a sobrevivência e pode ocorrer naturalmente.

• O método de envolvimento está baseado na inclusão artificial das células, que ficam inseridas em uma malha rígida, ou semi-rígida que impede a difusão destas para o meio de cultivo. • possibilita a troca de nutrientes, metabólitos, gases durante o processo fermentativo.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DO BIODIESEL

• Preparação da matéria-prima • Transesterificação • Separação de Fases • Recuperação e desidratação do álcool• Destilação da glicerina• Purificação do Bioediesel

BIODIESEL E AMBIENTE

• A utilização de biodiesel como combustível vem sendo estudada por apresentar um potencial promissor no mundo, sendo um mercado que cresce devido• A sua contribuição ao meio ambiente vem da redução qualitativa e quantitativa dos níveis de poluição ambiental, principalmente nos grandes centros urbanos, e como fonte de energia renovável em substituição ao óleo diesel e outros derivados do petróleo.