Produção de biodiesel a partir de óleos alimentares usados por via alcalina : o caso de estudo da FCT-UNL

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para obtenção do Grau de Mestre em Energia e Bioenergia

Estudo comparativo da utilização do biodiesel produzido a partir de óleos alimentares usados e do gasóleo numa frota industrial

A definição de teores mínimos de incorporação de biocombustíveis, constitui objeto de discussão entre grupos pro-desenvolvimento e ambientalistas. Esses últimos argumentam que as consequências da utilização desta fonte energética ainda são desconhecidas. Além disso, alegam que a produção de biocombustíveis é, em parte, responsável pelo aumento no preço dos alimentos, encoraja a conversão de florestas em monoculturas e conduz à exploração de trabalhadores em países em desenvolvimento (PEDs). Para responder à dependência energética dos combustíveis de origem fóssil, e ajudar a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa, sobretudo no sector dos transportes, o biodiesel produzido a partir de óleos alimentares usados têm sido apontado como uma “solução verde” capaz de minimizar o problema das alterações climáticas e valorizar um resíduo, e simultaneamente conferir ao setor energético um pouco mais de independência. De forma a desmistificar e clarificar um pouco estas premissas, a presente dissertação pretende fazer um estudo de avaliação do impacto da utilização do biodiesel, nomeadamente no que diz respeito às emissões gasosas. Posteriormente realizou-se, tomando como referência uma pequena frota industrial existente, uma análise comparativa dos consumos e emissões dos principais poluentes decorrentes da utilização do biodiesel em diferentes percentagens de incorporação no gasóleo, comparativamente ao gasóleo puro. O trabalho culmina com uma abordagem técnica sobre o comportamento de um veículo equipado com um motor de ignição por compressão, utilizando como biocombustível o biodiesel.

Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Biocatálise aplicada à valorização de óleos alimentares usados

O crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis e a sua utilização permite reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Nos últimos anos tem-se produzido biodiesel a partir de óleos alimentares usados (OAU), sendo que com esta aplicação valoriza-se um resíduo e simultaneamente produz-se um combustível “verde”. O biodiesel é produzido através das reações de transesterificação e/ou esterificação entre triglicerídeos e/ou ácidos gordos livres e um álcool, na presença de um catalisador. O rendimento do processo está estritamente relacionado com o tipo de catalisador e as condições que este opera. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na avaliação do efeito de alguns parâmetros operacionais no desempenho de uma lípase imobilizada (Novozyme® 435), nomeadamente: (i) índice de acidez do óleo, (ii) razão mássica de enzima/óleo e (iii) método regeneração da enzima com vista à sua reutilização. Também foi objeto de estudo do presente trabalho a produção em contínuo, num (bior)reator tubular de leito fixo, de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) usando a referida enzima. Registou-se um aumento rendimento em com o incremento do índice de acidez do óleo usado, o que indicia que a enzima catalisa simultaneamente as reações de esterificação e transesterificação. Relativamente à razão mássica de enzima/óleo, dentro da gama testada verificou-se um aumento do rendimento em FAME com a concentração da enzima em meio reacional. Dos vários solventes testados, a aplicação de solvente tert-butanol na regeneração (com incubação) da enzima foi o que melhores resultados teve. Finalmente, os resultados obtidos no ensaio de produção de FAME num biorreator contínuo são motivadores, criando expectativas de uma possível aplicação industrial no futuro.

Produção de biodiesel mediante ecovalorização de óleos alimentares: otimização de estratégias de produção e de controlo de qualidade

Os biocombustíveis são combustíveis com origem em matérias-primas naturais e renováveis, como óleos vegetais, gorduras animais, óleos e gorduras residuais entre outros, utilizados como substitutos de combustíveis minerais, como o gasóleo ou gasolina. Esta alternativa aos combustíveis de origem fóssil, tem-se vindo a revelar cada vez mais atrativa, sobretudo devido aos seus benefícios ambientais, destacando-se entre ele s o facto de serem biodegradáveis, não tóxicos e emitirem menos gases aquando da sua combustão, não contribuindo deste modo para o aumento do efeito de estufa na atmosfera. Na execução do presente trabalho, assume-se como finalidade o desenvolvimento de procedimentos laboratoriais sistemático de modo, com o intuito de elaborar um controlo de qualidade para a produção do biodiesel que permita a implementação de novas medidas processuais melhorando a produção de biodiesel. Este trabalho é resultado do estágio no Ecoparque Braval Valorização e Tratamento de Resíduos Sólidos, S.A. Com a avaliação sistemática e contínua, tanto da matéria-prima usada na produção do biodiesel, como do produto final em si, através de procedimentos laboratoriais específicos para o efeito, visa-se que em distintas fases do processo de produção do biodiesel seja compreendido o que ocorre de forma efetiva, e assim se assumam medidas preventivas e corretivas com o intuito de melhorar a qualidade do produto final. Na elaboração deste trabalho foram também reunidos esforços no sentido de controlar as especificações do óleo à entrada das instalações e iniciar o controlo de qualidade do produto final através de análises comparativas elaboradas no laboratório da Unidade de Produção de Biodiesel do Ecoparque Brava! - Valorização e Tratamento de Resíduos Sólidos, S.A. Outra abordagem do trabalho em questão, incide no estudo do efeito da variação das condições operatórias, nomeadamente a razão molar metanol/óleo , quantidade de catalizador na produção de biodiesel, nomeadamente, na quantidade de glicerina obtida como subproduto da reação e na facilidade de separação de fases. Neste sentido, o trabalho proposto pretende controlar a qualidade da matéria-prima usada, a qualidade do produto final e apresentar os aspetos-chave que deve m ser considerados para urna melhor gestão do s recursos de produção do biocombustível.

Análise da viabilidade de implementação de um sistema de recolha seletiva de óleos lubrificantes usados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil de Ordenamento do Território e Avaliação de Impactes Ambientais

Determinação de contaminantes em óleos lubrificantes usados e em esgotos contaminados por esses lubrificantes

A simple and reliable ashing procedure is proposed for the preparation of used lubricating oil samples for the determination of Zn, Fe, Pb, Ni and Cu by the flame atomic absorption spectrometry technique. Sulphanilic acid was added to oil samples, the mixture coked and the coke ashed at 550 ºC. The solutions of the ash were analysed by flame AAS for these metals. The quantification limits were 38.250 µg g-1 for Zn, 4.550 µg g-1 for Fe, 1.562 µg g-1 for Pb, 1.450 µg g-1 for Ni, and 0.439 µg g-1 for Cu. The determinations, in lubricating oil, showed good precision and accuracy with recoveries between 90 and 110 %, indicating a negligible matrix effect in the experiments using addition of analyte, with relative standard deviation lower than 5%. The results for analysis of wastewater contamined by theses lubricants showed a very high relative standard deviation.

Lipoperoxidação dos óleos alimentares

Este trabalho tem por objectivo fazer uma revisão de alguns conceitos sobre a lipoperoxidação dos óleos e gorduras alimentares no uso quotidiano, bem como as implicações envolvidas nos processos de aquecimento durante a fritura e reutilização.

Estudo da aplicabilidade dos conceitos da manufatura sustentável no rerrefino de óleos lubrificantes usados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do ponto crítico de controlo (PCC), relativo à medição de compostos polares nos óleos alimentares no processo de fritura, nas unidades de produção da restauração, snacks e pastelaria

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Produção de biodiesel a partir de matérias-primas ácidas e de gorduras animais

A produção de energia a partir de fontes renováveis tornou-se num objectivo essencial para a sustentabilidade económica, social e ambiental do mundo actual. O biodiesel é uma dessas fontes renováveis que pode substituir o diesel fóssil. A principal via de produção do biodiesel é através de uma reacção de transesterificação de óleos vegetais, óleos alimentares usados ou gorduras animais por reacção com um álcool na presença de um catalisador alcalino. Contudo, a utilização de matérias-primas com um teor em ácidos gordos livres superior a cerca de 4% (8mg KOH/g óleo) inviabiliza a possibilidade de efectuar directamente a reacção de transesterificação básica das gorduras e obriga à realização de um pré-tratamento para redução da acidez inicial da amostra. Assim, este trabalho teve como principal objectivo estudar a possibilidade de produzir diesel a partir de matérias-primas alternativas como as gorduras vegetais com elevados teores em ácidos gordos livres após esterificação com glicerina e uma gordura animal de baixa acidez, conseguindo-se assim a valorização de um resíduo e ao mesmo tempo a diminuição do custo de produção do biodiesel. Após ensaios preliminares, a esterificação com glicerina foi estudada aplicando a metodologia do planeamento factorial dos ensaios. Nos ensaios preliminares foi analisado o efeito da temperatura, da percentagem de catalisador, da velocidade de agitação, da percentagem de excesso de glicerina e do tipo de catalisador na acidez da amostra. Os resultados obtidos mostraram que é possível reduzir o índice de acidez de 30% (60 mg KOH/g gordura) para 8% (4 mg KOH/g gordura) trabalhando a 220° C, 10% de excesso de glicerina e 0,2% de catalisador (zinco) em apenas 90 minutos de reacção. A transesterificação básica do produto obtido na esterificação com glicerina não permitiu produzir um biodiesel que cumprisse a Norma Europeia de qualidade do biodiesel no que diz respeito à pureza, acidez e teor em água. De facto, nas condições mais favoráveis, que corresponderam à utilização da razão molar de metanol/gordura de 12:1 e 1% de catalisador, foi possível produzir um biodiesel com um teor em ésteres metílicos de 94.7% e 1.1% de ácidos gordos livres. Por último, os ensaios de transesterificação com a gordura animal mostraram que estas gorduras são uma matéria-prima com grandes potencialidades para serem utilizadas na produção de biodiesel. Assim, utilizando condições operatórias idênticas às utilizadas para os óleos virgens (0.6% de metóxido de sódio catalisador e uma razão molar de metanol de 6:1) foi possível produzir em apenas 30 minutos de reacção um biodiesel com um teor em ésteres superior a 98%.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.

Contributo das organizações não governamentais na gestão nacional de resíduos: caso de estudo fundação AMI

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Gestão e Sistemas Ambientais

Desenvolvimento de soluções para aproveitamento de subproduto da produção de Biodiesel e outras matérias-primas com acidez livre

A presente dissertação tem como objectivo o estudo de soluções para o aproveitamento de um subproduto com elevado teor em ácidos gordos livres (FFA) produzido na Unidade de Produção de Biodiesel da IBEROL, bem como a incorporação de matérias-primas alternativas de segunda geração. Para tal, foi elaborado um estudo de viabilidade económica assente em 5 propostas, solicitadas a 5 fornecedores, correspondendo cada uma delas a uma diferente tecnologia de pré-tratamento de matérias-primas com elevada acidez (A a E). Estabeleceram-se, previamente, critérios técnicos e económicos que permitiram avaliar as propostas e efectuar a sua hierarquização. Em seguida, foi realizada uma análise de sensibilidade a alguns parâmetros da qual resultaram 23 cenários, que se revelaram pouco influentes para a selecção do pré-tratamento, devido aos resultados negativos que apresentaram. Como tal, passou-se à análise de cenários estratégicos, da qual se concluiu que a instalação de um pré-tratamento só compensa para valores de incorporação de MPRs elevados. Com base na avaliação dos diferentes cenários acima mencionados, foi possível afirmar que as tecnologias C e D são as que apresentariam melhores resultados em termos económicos para a empresa. Contudo, devido à proximidade dos valores de VAL e Payback time obtidos em ambos os casos, é importante salvaguardar que existem grandes diferenças entre as duas tecnologias, no que toca às condições operatórias. Assim, pelos critérios técnicos, conclui-se que a redução do elevado teor de ácidos gordos livres presentes em matérias-primas como as gorduras animais e os óleos vegetais usados pode ser eficientemente levada a cabo pela tecnologia D, sem limitações no que diz respeito à acidez à entrada do processo, como as que se verificam na tecnologia C. Foi também estudada, a possibilidade de um revamping à Unidade de Neutralização e Desgomagem química da IBEROL para um aumento de capacidade de produção de óleo neutro. Após a realização de várias experiências, concluiu-se que seriam necessárias algumas alterações à unidade actual, executáveis com um baixo investimento, nomeadamente, uma intervenção para aumento do número de placas dos permutadores. Para as condições habituais (acidez e incorporação) de operação da neutralização e desgomagem química, prevê-se um aumento de capacidade de, aproximadamente,11%.