Nova proposta experimental de síntese do biodiesel: avaliação da adição invertida dos reagentes na metanólise alcalina do óleo de soja a 25,0 °C

Abstract

O possível esgotamento dos combustíveis fósseis, o aumento do acúmulo de CO2, e a crescente demanda energética têm despertado o interesse por fontes alternativas de energia verde. Neste sentido, o biodiesel, um biocombustível oriundo de fontes renováveis, tem sido empregado como alternativa para substituir o diesel de petróleo. Pesquisas envolvendo a sua síntese estão em constante avanço com o intuito de otimizar cada vez mais as variáveis do processo. A maior parte dos estudos emprega uma metodologia convencional de síntese onde a mistura dos reagentes é feita com a adição direta da solução catalisador/álcool sobre o óleo, sob agitação constante e aquecimento. Este trabalho buscou investigar e otimizar uma proposta alternativa, inédita, de síntese do biodiesel metílico, na qual se realiza a adição gradual do óleo de soja sobre a solução catalisador/metanol (procedimento invertido), alterando a sequência e a velocidade de adição dos reagentes em relação à metodologia convencional. Os experimentos foram promovidos a 25,0 °C para um menor consumo energético. O estudo foi conduzido empregando um planejamento fatorial com 4 fatores e 2 níveis (2 4 ) visando a avaliação das seguintes condições reacionais: tipo de catalisador (NaOH e NaOCH3); tempo de reação (40 e 60 minutos); velocidade de agitação (400 e 600 rpm); e tempo de adição do óleo na mistura catalisador/metanol em relação ao tempo de reação (tempo relativo percentual, tR) (60 e 80%). Após o planejamento, foram realizados estudos para alcançar maiores conversões a partir da avaliação do efeito da velocidade de agitação (200, 300, 400, 500 e 600 rpm), do tR (20, 40, 60 e 80%) e da síntese em duas etapas sucessivas de transesterificação, adicionalmente, foi feita a comparação entre os procedimentos de síntese convencional e proposto. O planejamento indicou que o tR e o tempo de reação foram os principais fatores de influência na conversão para o sistema estudado. Foram obtidas conversões em torno de 86% aplicando tR de 60%, por 60 minutos e 400 rpm com os dois catalisadores utilizados (NaOH e NaOCH3). O estudo pós-planejamento demonstrou que a estratégia da adição lenta do óleo sobre a solução catalisador/álcool alcançou maiores médias de conversão em temperatura ambiente e baixas velocidades de agitação (até 300 rpm) em comparação com o método convencional. A melhor condição empregada foi realizando a síntese do biodiesel em duas etapas de transesterificação de 60 minutos, tR de 20%, velocidade de agitação de 300 rpm e NaOH como catalisador, resultando em uma conversão de 96,6%. Foi obtida uma alta conversão dos triglicerídeos empregando o procedimento experimental proposto em condições mais brandas e de menor consumo energético quando comparada com as sínteses convencionais sob aquecimento. Este resultado torna o novo procedimento experimental atrativo para aplicação industrial, tendo em vista que serão necessárias modificações mínimas no processo fabril que podem, inclusive, ser compensadas a longo prazo pela menor demanda energética. As análises realizadas de índice de acidez, massa específica, viscosidade cinemática e teor de éster apontaram a qualidade do biodiesel resultante dentro dos padrões estabelecidos na legislação brasileira.