Características e etapas produtivas do Biodiesel, Trabalhos de Química Orgânica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA

DOUGLAS RAMOS MENDES

JÉFERSON FERRONATO

BIODIESEL

BAGÉ

DOUGLAS RAMOS MENDES

JÉFERSON FERRONATO

BIODIESEL

Dissertação apresenta como nota complementar de Pós-graduação Stricto sensu em Engenharia de Energias Renováveis e Ambiente da Universidade Federal do Pampa, como requisito parcial para aprovação na disciplina de Química Orgânica. Professor: Geraldo Lopes Crossetti

Bagé 2012

1. RESUMO

O objetivo desde trabalho é mostrar as principais características e etapas produtivas no processamento do biodiesel, sua história e como se encontra a situação nacional perante este tema, visando demonstrar a importância desse processo. Sendo

4.4.3 Subproduto.......................................................................................................... 4.5 Demanda brasileira ............................................................................................. 4.6 Meio Ambiente......................................................................................................

**5. CONCLUSÃO.........................................................................................................

6. REFERÊNCIAS .....................................................................................................**

3. INTRODUÇÃO

O mundo tende a seguir uma linha verde em termos de produção de energia, e combustíveis não se fazem indiferentes. A produção desses compostos de maneira a atingir uma menor emissão é de fato extremamente positiva para o meio ambiente o que nos leva a pensar: com o que é feito o processo, como ele se deu historicamente e como o aplicamos a nossa realidade. Os biocombustíveis são fontes de energia renováveis, que podem ser obtidos através de biomassas feitas com compostos orgânicos de origem animal e vegetal. Os produtos mais utilizados na produção são a cana-de-açúcar, beterraba, o dendê, semente de

girassol, milho, mamona, lenha, excrementos de animais, resíduos agrícolas, dentre outros. Essas plantas, frutos e sementes geram um óleo que é usado em sua forma pura ou misturado aos combustíveis fósseis existentes. No Brasil, o etanol é misturado à gasolina e o diesel recebe a adição de biocombustíveis. Os mais utilizados são: metanol, biodiesel, etanol, biogás, óleo vegetal, bioéter, bioetanol e E85. Essa fonte de energia tem sido bastante difundida no mundo, pois é vista como uma forma de redução nos danos causados pelo aquecimento global. Isso só é possível, porque os biocombustíveis ajudam a liberar o gás carbônico (CO2). O CO2 liberado pelos veículos é absorvido pelas plantas para que se produza mais biomassa, num processo chamado fotossíntese. Como há um equilíbrio entre o que é liberado e o que é consumido, os danos ao meio ambiente são menores. Essa energia renovável não pode substituir totalmente a gasolina principalmente devido ao fato de sua matéria-prima demandar a utilização de terras para produção agrícola. A verdade é que os biocombustíveis são vistos como mais uma alternativa de recurso energético mundial e não um substituto para os recursos fósseis. Posteriormente, surgiu a segunda geração de biocombustíveis e ela demanda a utilização de mais recursos tecnológicos para a produção.

4. DESENVOLVIMENTO

4.1 Contexto Histórico

Em 1859 foi descoberto petróleo na Pennsylvania tendo sido utilizado principalmente para produção de querosene de iluminação. Durante a Exposição Mundial de Paris, em 1900, um motor diesel foi apresentado ao público funcionando com óleo de amendoim. Os primeiros motores tipo diesel eram de injeção indireta. Tais motores eram alimentados por petróleo filtrado, óleos vegetais e até mesmo por óleos de peixe.

ser utilizado em meios de locomoção, como carros e caminhões, feito a partir de óleos vegetais ou gordura animal. Atualmente o biodiesel vendido nos postos pelo Brasil possui 5% de biodiesel e 95% de diesel. Para se produzir biodiesel, o óleo retirado das plantas é misturado com álcool (ou metanol) e depois estimulado por um catalisador. O catalisador é um produto usado para provocar uma reação química entre o óleo e o álcool. Depois o óleo é separado da glicerina e filtrado. Existem muitas espécies vegetais no Brasil que podem ser usadas na produção do biodiesel, como o óleo de girassol, de amendoim, de mamona, de soja, entre outros. As mistura entre o biodiesel e o diesel mineral é conhecida pela letra B, mais o número que corresponde a quantidade de biodiesel na mistura. Por exemplo, se uma mistura tem 5% de biodiesel, é chamada B5, se tem 20% de biodiesel, é B20. A experiência de utilização do biodiesel no mercado de combustíveis tem se dado em quatro níveis de concentração: · Puro (B100) · Misturas (B20 – B30) · Aditivo (B5) · Aditivo de lubricidade (B2) As misturas em proporções volumétricas entre 5% e 20% são as mais usuais, sendo que para a mistura B5, não é necessário nenhuma adaptação dos motores. A utilização do biodiesel puro ainda está sendo testada, se for usado só biodiesel sem misturar com o diesel mineral, vai se chamar B100. O biodiesel é composto de mono-alquilésteres de ácidos graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais e designado B100. O biodiesel é fabricado através de um processo químico chamado transesterificação onde a glicerina é separada da gordura ou do óleo vegetal. O processo gera dois produtos, ésteres e glicerina O biodiesel de qualidade deve ser produzido seguindo especificações industriais restritas, a nível internacional tem-se a ASTM D6751. Nos EUA, o biodiesel é o único combustível alternativo a obter completa aprovação no Clean Air Act de 1990 e autorizado pela Agência Ambiental Americana (EPA) para venda e distribuição. Os óleos vegetais puros não estão autorizados a serem utilizados como óleo combustível. É perfeitamente miscível e físico quimicamente semelhante ao óleo diesel mineral, podendo ser usado em motores do ciclo diesel sem a necessidade de adaptações. Por ser biodegradável, não-tóxico e praticamente livre de enxofre e aromáticos, é considerado um combustível ecológico. Como se trata de uma energia limpa, não

poluente, o seu uso num motor diesel convencional resulta, quando comparado com a queima do diesel mineral, numa redução substancial de monóxido de carbono e de hidrocarbonetos não queimados.

4.3 Óleos Vegetais e o biodiesel no Brasil

As primeiras referências ao uso de óleos vegetais no Brasil datam da década de

1920. Posteriormente, algumas pesquisas foram desenvolvidas no Instituto Nacional de Tecnologia, no Instituto de Óleos do Ministério da Agricultura e no Instituto de Tecnologia Industrial de Minas Gerais. Neste último, em 1950, registraram-se estudos sobre o uso dos óleos de ouricuri, mamona e algodão em motores diesel de 6 cilindros. Nos anos 60, as Indústrias Matarazzo buscavam produzir óleo através dos grãos de café. Para lavar o café de forma a retirar suas impurezas, impróprias para o consumo humano, foi usado o álcool da cana de açúcar. A reação entre o álcool e o óleo de café resultou na liberação de glicerina, redundando em éster etílico, produto que hoje é chamado de biodiesel. Desde a década de 70, por meio do INT, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT e da Comissão Executiva do Plano da Lavoura Cacaueira – CEPLAC, vêm sendo desenvolvidos projetos de óleos vegetais como combustíveis, com destaque para o DENDIESEL. Na década de 70, a Universidade Federal do Ceará – UFCE desenvolveu pesquisas com o intuito de encontrar fontes alternativas de energia. As experiências acabaram por revelar um novo combustível originário de óleos vegetais e com propriedades semelhantes ao óleo diesel convencional, o biodiesel. O uso energético de óleos vegetais no Brasil foi proposto em 1975, originando o Pró-óleo – Plano de Produção de Óleos Vegetais para Fins Energéticos. Seu objetivo era gerar um excedente de óleo vegetal capaz de tornar seus custos de produção competitivos com os do petróleo. Previa-se uma mistura de 30% de óleo vegetal no óleo diesel, com perspectivas para sua substituição integral em longo prazo. Com o envolvimento de outras instituições de pesquisas, da Petrobrás e do Ministério da Aeronáutica, foi criado o PRODIESEL em 1980. O combustível foi testado por fabricantes de veículos a diesel. A UFCE também desenvolveu o querosene vegetal de aviação para o Ministério da Aeronáutica. Após os testes em aviões a jato, o combustível foi homologado pelo Centro Técnico Aeroespacial.

Quanto à parte agrícola, os financiamentos chegavam até 100% do valor do orçamento, respeitando os limites de 80% e 60% do valor da produção esperada, respectivamente nas áreas da SUDAM / SUDENE. A intenção do Estado, ao implementar o Pro-álcool era, além das metas de aumentar a produção de alimentos e exportáveis do setor rural, buscando a estabilidade interna e também equilíbrio nas contas externas, também de transferir para a agricultura a responsabilidade de tentar superar a crise do petróleo, que afetara profundamente o Brasil, já que este era grande importador do produto. A chamada "crise do petróleo" de 1972 foi a mola propulsora das pesquisas realizadas na época. O lobby canavieiro garantiu o Pro-álcool, mas o desenvolvimento de outros combustíveis alternativos não teve a mesma sorte, apesar dos fatores agroclimáticos, econômicos e logísticos positivos. O Brasil passou a produzir álcool em grande escala e, em 1979, quase que 80% da frota de veículos produzida no país eram com motores a álcool. Porem o governo brasileiro arquivava estudos sobre combustíveis alternativos, enquanto a Comunidade Econômica Europeia investia, com sucesso, na pesquisa de combustíveis alternativos vegetais, entre eles o BIODIESEL de óleo de canola, a matéria prima mais utilizada na Europa. Na Malásia e nos Estados Unidos foram realizados experimentos bem sucedidos com palma e soja, respectivamente. A partir de 1986, o preço do petróleo caiu muito. Os preços deixaram de criar pressão para economizar energia e aumentar a produtividade. No Brasil, 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, foram paralisadas. Se o programa não tivesse sido interrompido, hoje, com toda certeza, seríamos independentes dos combustíveis fósseis e talvez não tão submissos aos organismos econômicos internacionais. O país tem em sua geografia grandes vantagens agrônomas, por se situar em uma região tropical, com altas taxas de luminosidade e temperaturas médias anuais. Associada a disponibilidade hídrica e regularidade de chuvas, torna-se o país com maior potencial para produção de energia renovável. O Brasil explora menos de um terço de sua área agricultável, o que constitui a maior fronteira para expansão agrícola do mundo. O potencial é de cerca de 150 milhões de hectares, sendo 90 milhões referentes à novas fronteiras, e outros 60 referentes a terras de pastagens que podem ser convertidas em exploração agrícola a

curto prazo. O Programa Biodiesel visa a utilização apenas de terras inadequadas para o plantio de gêneros alimentícios. Há também a grande diversidade de opções para produção de biodiesel, tais como a palma e o babaçu no norte, a soja, o girassol e o amendoim nas regiões sul, sudeste e centro-oeste, e a mamona, que além de ser a melhor opção do semiárido nordestino, apresenta-se também como alternativa às demais regiões do país. A ANP estima que a atual produção brasileira de biodiesel seja da ordem de 176 milhões de litros anuais. O atual nível de produção constitui um grande desafio para o cumprimento das metas estabelecidas no âmbito do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel, que necessitará de, aproximadamente, 750 ML em sua fase inicial. Ou seja, a capacidade produtiva atual supre somente 17% da demanda, considerando a mistura B2. Porém, com a aprovação das usinas cuja solicitação tramita na ANP, a capacidade de produção coincide com a demanda prevista para 2006. O uso do biodiesel pode atender a diferentes demanda de mercado, significando uma opção singular para diversas características regionais existentes ao longo do território nacional.

4.4 Química envolvida no processo do biodiesel

4.4.1 Processo

O processo se inicia com a seleção das oleaginosas que passam por um processo de extração do óleo normalmente em grande escala e feito simplesmente pela extração física que de realizada triturando e aplicando pressão nas mesmas até que o óleo comece a ser separado. A partir do óleo impuro e realizado então processos de filtragem para obtenção do mesmo mais límpido. Normalmente ele se apresenta em cores que variam entre vermelho, amarelo e esverdeado dependendo da matéria prima utilizada. Então e realizada a transesterificação (processo descrito a seguir), que é o mais utilizado. Mas ele pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento, e a esterificação.

Como um sucedâneo do óleo diesel, o mercado potencial para o biodiesel é determinado pelo mercado do derivado de petróleo. A demanda total de óleo diesel no Brasil em 2002 foi da ordem de 39,2 milhões de metros cúbicos, dos quais 76% foram consumidos no setor de transporte, 16% no setor agropecuário e 5% para geração de energia elétrica nos sistemas isolados. A importação de diesel, em 2002, correspondeu a 16,3% do mercado e significou nos últimos anos um dispêndio anual da ordem de US$ 1,2 bilhão, sem considerar o diesel produzido com petróleo importado, cerca de 8% do total de diesel consumido.

No setor de transporte, 97% da demanda ocorre no modal rodoviário, ou seja, caminhões, ônibus e utilitários, já que no Brasil estão proibidos os veículos leves a diesel. Em termos regionais, o consumo de diesel ocorre principalmente na região Sudeste (44%), o Sul (20%), Nordeste (15%), Centro-Oeste (12%) e Norte (9%). O Brasil foi o segundo maior produtor de biodiesel no ano de 2010, ficando apenas atrás da Alemanha, que nem mostra o gráfico a seguir.

4.6 Meio Ambiente

O consumo de combustíveis fósseis derivados do petróleo apresenta um impacto significativo na qualidade do meio ambiente. A poluição do ar, as mudanças climáticas, os derramamentos de óleo e a geração de resíduos tóxicos são resultados do uso e da produção desses combustíveis. A poluição do ar das grandes cidades é, provavelmente, o mais visível impacto da queima dos derivados de petróleo. Nos Estados Unidos, os combustíveis consumidos por automóveis e caminhões são responsáveis pela emissão de 67% do monóxido de carbono, 41% dos óxidos de nitrogênio, 51% dos gases orgânicos reativos, 23% dos materiais particulados e 5% do dióxido de enxofre. Além disso, o setor de transportes também é responsável por quase 30% das emissões de dióxido de carbono, um dos principais responsáveis pelo aquecimento global. A concentração de dióxido de carbono na atmosfera tem aumentado cerca de 0,4% anualmente. O biodiesel permite que se estabeleça um ciclo fechado de carbono no qual o CO2 é absorvido quando a planta cresce e é liberado quando o biodiesel é queimado na combustão do motor.

5. CONCLUSÃO

Os Processos de transformação da matéria bruta, ou sementes e óleos triturados como: a cana-de-açúcar, mamona, soja, canola, babaçu, milho, para um produto, combustível como o biodiesel ou o bioetanol, são de vital importância para combater a calamidade ecológica que vivenciamos hoje, esses combustíveis ecológicos são contribuintes de importantes para o meio ambiente visto que todo o mundo faz uso de combustíveis em seus carros e de diversos outros motores com base em combustão. Com isso, devemos investir mais nessa área, para que o nosso país possa prosperar no rumo, voltado para um crescimento econômico sustentável e ecologicamente correto.