O Biodiesel é um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis

Introdução

Biodiesel é um combustível biodegradável derivado de fontes renováveis, que pode ser obtido por diferentes processos tais como o craqueamento, a esterificação ou pela transesterificação. Esta última, mais utilizada, consiste numa reação química de óleos vegetais ou de gorduras animais com o álcool comum (etanol) ou o metanol, estimulada por um catalisador. Desse processo também se extrai a glicerina, empregada para fabricação de sabonetes e diversos outros cosméticos. Há dezenas de espécies vegetais no Brasil das quais se podem produzir o biodiesel, tais como mamona, dendê (palma), girassol, babaçu, amendoim, pinhão manso e soja, dentre outras. Todo óleo de origem vegetal é composto de triglicerídeos (uma molécula de glicerol ligada a três de ácido graxo) e ácidos graxos livres (AGL). No processo de transesterificação, para obtenção de biodiesel, os triglicerídeos presentes no óleo são transformados em moléculas menores de ésteres de ácido graxo (biodiesel) a partir de um agente transesterificante (álcool primário) e um catalisador (base ou ácido). A reação de transesterificação é de caráter reversível, sendo necessário um excesso de álcool na reação (1:6 molar) para aumentar o rendimento de alquil ésteres e permitir a formação de uma fase separada de glicerol. O álcool mais utilizado na obtenção do biodiesel é o metanol, que promove melhores rendimentos. A utilização de álcool anidro é uma forma de diminuir a formação de sabões, uma vez que a água é um dos agentes causadores de reações paralelas de saponificação, consumindo o catalisador e reduzindo a eficiência da reação de transesterificação. O catalisador mais utilizado é o hidróxido de sódio (NaOH), amplamente conhecido como soda cáustica. Também pode ser utilizado o hidróxido de potássio (KOH). Catalisadores básicos, aceleram a reação. A reação se transesterificação é a seguinte:

[pic 1]

No sabão comum que utilizamos uma simples mistura de sais de sódio ou potássio de ácidos graxos de cadeia longa. É uma mistura porque a gordura a partir da qual é preparado é constituída de uma mistura, e esta é tão eficiente para lavagem quanto um sal puro. Estes sais são solúveis em água, elas não são, entretanto, verdadeiras soluções, onde as moléculas do soluto movem-se livremente entre as moléculas do solvente. Verifica-se, na realidade, que o sabão se dispersa em agregados esféricos, cada uma das quais pode conter centenas de moléculas de sabão. 

Uma molécula de sabão tem uma extremidade polar, -COO-Na+, e uma parte não polar, constituída por uma longa cadeia alquílica, normalmente com 12 a 18 carbonos. A extremidade polar é solúvel em água (hidrófila - que tem afinidade por água). A parte apolar é insolúvel em água, e denomina-se hidrófoba ( que tem aversão por água e afinidade por óleos e gorduras), mas é evidentemente solúvel em solventes apolares. Moléculas deste tipo denominam-se anfipáticas - que têm extremidades polares e apolares e, além disso, são suficientemente grandes para que cada extremidade apresente um comportamento próprio relativo à solubilidade em diversos solventes. 

De acordo com a regra "polar dissolve polar; apolar dissolve apolar", cada extremidade apolar procura um ambiente apolar; em meio aquoso, o único ambiente deste tipo existente são as partes apolares das outras moléculas do sabão, e assim elas se agregam umas às outras. As extremidades polares projetam-se da periferia dos agregados para o interior do solvente polar, a água. Os grupos carboxilatos carregados negativamente alinham-se à superfície, rodeados por uma atmosfera iônica constituída pelos cátions do sal.  A reação dá origem aos sais de ácidos carboxílicos e ao glicerol:

[pic 2]

Objetivo

Obter através de óleo vegetal o biodiesel utilizando o método de transesterificação.

Procedimento Experimental

Procedimento para obtenção de biodisel:

Em um balão de fundo chato, adicionou-se 50 mL de óleo de soja comercial, em seguida foi aquecido em banho-maria até atingir a temperatura de 45 oC. Em seguida, adicionou-se a 7,5 mL da solução de metóxido de potássio, e manteve-se a mistura reacional a 45 ºC por 10 minutos.

Transferiu-se a mistura reacional para funil de separação das fases: superior, biodiesel e inferior, glicerol, sabões, excesso de base e álcool.

Aguardou-se pelo menos 15 minutos para completa separação das fases. Recolheu a fase inferior em proveta e anotou o volume.

Transferiu-se o biodiesel obtido (fase superior) para uma proveta de 50 mL e mediu-se o volume (rendimento bruto).

Retornou-se o biodiesel de soja para o funil de separação e procedeu a etapa de lavagem. Adicionou-se inicialmente 25 mL de solução aquosa de ácido clorídrico a 0,5% (v/v). Em seguida, lavou-se com 25 mL de água destilada. Confirmou-se a ausência de catalisador básico pela medida do pH da última água de lavagem.

Secou-se o biodiesel utilizando sulfato de sódio anidro. Mediu-se o volume obtido em proveta.

Procedimento para obtenção de sabão a frio:

Em um béquer de 500 mL, colocou-se 52,8 g de óleo de soja.

Resfriar  uma solução de NaOH e adicionou-se lentamente (com auxílio de um funil de decantação)  89,5 g dessa solução ao óleo de soja contido no béquer, com agitação constante, em uma única direção (tempo de adição em torno de 30-40 minutos). Continuou-se a agitação após o término da adição, até que a massa bruta possa ser transferida para uma caixa de papelão ou formas de gelo.

Embrulhou-se o sabão bruto em papel alumínio para manter o calor da reação e deixou em repouso por 48 horas, para que a reação se complete.

Resultados e Discussão

Na síntese do biodiesel foi utilizado um catalizador básico para obter o produto de forma satisfatória e mais rápida, esse catalizador foi obtido reagindo hidróxido de potássio (KOH) com metanol (CH3OH), gerando o metóxido (CH3O-), sendo considerada uma catálise homogenia [reação 1]. A síntese do biodiesel é uma reação de transesterificação. O metóxido atua como um nucleófilo bem mais poderoso do que o metanol para o ataque ao grupo éster do triglicerídeo. A reação resulta além do metóxido, água no meio reacional. Com um auxílio de um funil de separação, o metóxido foi adicionado aos poucos ao óleo. É possível notar que inicialmente, há uma formação de duas fases durante a adição do metóxido. Entretanto, após agitação constante e adição completa da base catalizadora, uma emulsão é formada. Após a formação da emulsão, o produto obtido foi transferido para um funil de separação, a fim de separar a emulsão composta do produto requerido (biodiesel) e seus subprodutos. Depois de aproximadamente uma hora, o produto e seus subprodutos foram separados em duas fases. A fase localizada na parte inferior do funil, continha os subprodutos que foram coletados e catalogados posteriormente a coleta. A fase superior continha o produto desejado, que foi coletado e medido seu volume final bruto, obtendo 40 ml e apresentando coloração amarelo claro. A reação de transesterificação se dá pelo ataque do metóxido a carbonila, conduzindo a formação de um intermediário tetraédrico. A ruptura da ligação entre carbono e oxigênio do glicerídeo no intermediário tetraédrico conduz ao produto carbonilado (éster metílico) e ao diacilglicerídeo, este último formado após a remoção do átomo de hidrogênio do metanol, obtendo o ânion metóxido, permitindo a continuidade do processo reacional. Diacilglicerídeos e monoacilglicerídeos são convertidos pelo mesmo mecanismo para a mistura de ésteres metílicos e glicerol. [reação 2]. A água gerada na formação da catálise homogenia, além da água presente no meio reacional, ao ter contato com o catalizador básico, é capaz de ocasionar uma hidrólise dos ésteres produzidos, gerando a formação de sabão como subproduto [reação 3]. O que ocasiona em não conseguir obter o glicerol de forma pura, somente em forma de emulsão. Além disso, essa sub reação consome parte do catalizador, que deixa a reação principal mais lenta.