Author(s): Teixeira, Joana Isabel de Melo
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/2539
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Biodiesel; Catálise enzimática; Co-solventes; FAEE; Lipozyme TL IM; Transesterificação; Enzymatic catalysis; Co-solvents; Transesterification
A constante e sistemática subida de preço dos combustíveis fósseis e as contínuas preocupações com o meio ambiente determinaram a procura de soluções ambientalmente sustentáveis. O biodiesel surge, então, como uma alternativa para essa problemática, bem como uma solução para resíduos líquidos e gordurosos produzidos pelo ser humano. A produção de biodiesel tem sido alvo de extensa atenção nos últimos anos, pois trata-se de um combustível biodegradável e não poluente. A produção de biodiesel pelo processo de transesterificação usando álcoois de cadeia curta e catalisadores químicos, nomeadamente alcalinos, tem sido aceite industrialmente devido à sua elevada conversão. Recentemente, a transesterificação enzimática tem ganho adeptos. No entanto, o custo da enzima permanece uma barreira para a sua aplicação em grande escala. O presente trabalho visa a produção de biodiesel por transesterificação enzimática a partir de óleo residual de origem vegetal. O álcool usado foi o etanol, em substituição do metanol usado convencionalmente na catálise homogénea, pois a atividade da enzima é inibida pela presença deste último. As maiores dificuldades apresentadas na etanólise residem na separação das fases (Glicerol e Biodiesel) após a reação bem como na menor velocidade de reação. Para ajudar a colmatar esta desvantagem foi estudada a influência de dois cosolventes: o hexano e o hexanol, na proporção de 20% (v/v). Após a escolha do co-solvente que permite obter melhor rendimento (o hexano), foi elaborado um planeamento fatorial no qual se estudou a influência de três variáveis na produção de biodiesel por catálise enzimática com etanol e co-solventes: a razão molar óleo/álcool (1:8, 1:6 e 1:4), a quantidade de co-solvente adicionado (30, 20 e 10%, v/v) e o tempo de reação (48, 36 e 24h). A avaliação do processo foi inicialmente seguida pelo rendimento da reação, a fim de identificar as melhores condições, sendo substituída posteriormente pela quantificação do teor de ésteres por cromatografia em fase gasosa. O biodiesel com teor de ésteres mais elevado foi produzido nas condições correspondentes a uma razão molar óleo:álcool de 1:4, com 5g de Lipozyme TL IM como catalisador, 10% co-solvente (hexano, v/v), à temperatura de 35 ºC durante 24h. O rendimento do biodiesel produzido sob estas condições foi de 73,3%, traduzido em 64,7% de teor de ésteres etílicos. Contudo o rendimento mais elevado que se obteve foi de 99,7%, para uma razão óleo/álcool de 1:8, 30% de co-solvente (hexano, v/v), reação durante 48h a 35 ºC, obtendo-se apenas 46,1% de ésteres. Por fim, a qualidade do biodiesel foi ainda avaliada, de acordo com as especificações da norma EN 14214, através das determinações de densidade, viscosidade, ponto de inflamação, teor de água, corrosão ao cobre, índice de acidez, índice de iodo, teor de sódio (Na+) e potássio (K+), CFPP e poder calorífico. Na Europa, os ésteres etílicos não têm, neste momento, norma que os regule quanto à classificação da qualidade de biodiesel. Contudo, o biodiesel produzido foi analisado de acordo com a norma europeia EN14214, norma esta que regula a qualidade dos ésteres metílicos, sendo possível concluir que nenhum dos parâmetros avaliados se encontra em conformidade com a mesma.
The constant and systematic rise in fossil fuel prices and continued concerns about the environment created a demand for environmentally sustainable solutions. Biodiesel appears, then, as an alternative to this problem and a solution to liquid and greasy wastes produced by humans. The production of biodiesel has been the subject of extensive attention in recent years because it is a biodegradable and clean fuel. The production of biodiesel by transesterification process using short chain alcohols and chemical catalysts, including alkali, has been accepted industrially due to its high conversion. Recently, the enzymatic transesterification has gained wide acceptance. However the cost of the enzyme remains a barrier for large-scale application. This work aims to produce biodiesel by enzymatic transesterification of waste vegetable oil. The alcohol was ethanol instead of methanol, because the enzyme activity is inhibited by the presence of the last one. The greatest difficulties in ethanolysis lie in phase separation (Glycerol and Biodiesel) after the reaction as well as slower reaction. To help overcome this disadvantage we studied the influence of two co-solvents: hexane and hexanol a ratio of 20% (v/v). After choosing the co-solvent that gives a better yield in biodiesel (hexane) a factorial planning was prepared aiming to study the influence of three variables in the production of biodiesel by enzymatic catalysis with ethanol and co-solvents: molar ratio oil/ethanol (1:8, 1:6 and 1:4), the amount of co-solvent added (30, 20 and 10%, v/v)) and reaction time (48, 36 and 24 h). The evaluation process was first followed by the yield of the reaction in order to identify the best conditions, being replaced later by methyl ester content evaluation by gas chromatography. Biodiesel with higher content in esters was produced under the conditions corresponding to a molar ratio of alcohol:oil 4:1, 5g of Lipozyme TL IM as a catalyst, 10% cosolvent (hexane, v/v), at a temperature of 35 °C, for 24h reaction time. The yield in biodiesel produced under these conditions was 73.3%, corresponding to 64.7% of ethyl esters. However the highest yield was 99.7% obtained for a molar ratio alcohol/oil of 8:1, 30% cosolvent (hexane, v/v), for 48 hours reaction time at 35 °C resulting in only 46.1% of esters. Finally, the biodiesel quality was also evaluated, according to the specifications in EN 14214, by determination of density, viscosity, flash point, moisture content, copper corrosion, acid value, iodine value, sodium (Na+) and potassium (K+) content and CFPP. The higher heating value of the biodiesel was also evaluated. In Europe, the ethyl esters do not have at this time, a standard that regulates their classification and quality as biodiesel. However, the biodiesel produced was analyzed according to the European standard EN14214. This standard regulates the quality of methyl esters. Comparing the results obtained against the limit values in the standard it was concluded that none of the parameters are in accordance with it.
