A energia térmica consumida na produção de biodiesel

Exemplo para integrar energias alternativas

O tema energia aparece cada vez mais no noticiário com justa razão, pois nos afeta em nossas atividades diárias, desde o preparo das nossas refeições, nossa locomoção e também na produção de bens que consumimos. Na coluna deste mês, chamo a atenção do leitor para a energia consumida no processo de produção de biodiesel. Embora tenha escolhido este exemplo, o consumo de energia, quer na produção de combustíveis, na geração e distribuição de energia elétrica ou ainda na construção de um coletor de energia solar, além de todos os demais produtos usados em nossa sociedade, é um aspecto a ser considerado na eficiência global da particular forma de energia final considerada.

O Brasil se esforça para implementar energias renováveis complementares àquelas que são oferecidas nas formas convencionais, a fim de aumentar a nossa oferta sem introduzir cargas poluentes irreversíveis no meio ambiente. Assim temos os pares: gasolina/álcool; diesel/biodiesel; hidroeletricidade + térmicas a gás ou a óleo/eólica + energia solar fotovoltaica ou térmica; vapor de processo (por óleo combustível + gás/energia solar – conversão térmica + biogás). Em qualquer um deles existe um consumo próprio de energia até sua utilização final. Um exemplo de redução do consumo de energia no processamento de petróleo foi mostrado na coluna Ponto Crítico de outubro de 2012, QD nº 526. O artigo revelava que a percepção da possibilidade da separação de componentes em correntes de processo por nanofiltração levou a reduções significativas no tamanho e no consumo de energia de torres de destilação, que, com a operação unitária de secagem, são intensivas consumidoras de energia.

Química e Derivados, Ponto Crítico - Figura 1 – Reação química simplificada para produção de biodiesel (metil éster)
Figura 1 – Reação química simplificada para produção de biodiesel (metil éster)

O biodiesel pode ser obtido, do ponto de vista químico, por meio da reação esquematizada na Figura 1. Nela é apresentado o triglicerídeo extraído como óleo de algum vegetal que se faz reagir com um álcool – neste exemplo, metanol, em presença de um catalizador. Isso produz o metil-éster (biodiesel) e também glicerol.

Essa viabilidade química é traduzida em forma de processo em várias concepções. A Figura 2 mostra um esquema adaptado de Tapasvi et al.¹ para a produção de biodiesel. O óleo vegetal refinado [1] é inserido no Reator 1 em conjunto com álcool e catalisador [2] em excesso, dando origem à mistura de metil-éster, glicerol, metanol e triglicerídeo [3]. O Decantador 1 faz a separação entre as fases glicerol, contendo glicerol, álcool e catalizador [4], e a fase éster, contendo metil-éster, óleo vegetal e álcool [5]. Esta fase éster [5] é inserida no Reator 2, ao qual se adiciona, em excesso, metanol e catalizador [6]. Neste segundo reator, aumenta-se a conversão global do óleo vegetal em metil-éster. A corrente de saída do Reator 2 [7] é composta também por uma fase glicerol e outra metil-éster, separadas no Decantador 2 em corrente de glicerol [8] e metil-éster [9]. Esta corrente de metil-éster [9] ainda contém álcool, algum óleo e glicerol. Ela é aquecida no Trocador de Calor TC 1 até 70°C [10] e inserida em uma Torre de Lavagem. Essa torre recebe uma corrente de água aquecida a 70°C [11] e desta operação emergem duas correntes: uma aquosa [12] e outra contendo o éster [13], que é enviada ao Decantador 3, do qual o metil-éster sai na corrente [15] separado do remanescente aquoso com glicerol, que é retirado na corrente [14]. Finalmente o metil-éster [15] é aquecido no Trocador de Calor TC 3 até 95°C; em seguida, ele é enviado a uma Torre de Secagem TS a vácuo para originar o biodiesel [16] e uma corrente de umidade residual [17]. As correntes [4], [8], [12] e [14] são reunidas em um Tanque de Coleta.

Química e Derivados, Ponto Crítico - Figura 2 – Fluxograma simplificado da produção de biodiesel
Figura 2 – Fluxograma simplificado da produção de biodiesel

Como o fluxograma da Figura 2 sugere, o processamento do óleo vegetal para a produção de biodiesel não envolve grande número de operações unitárias. Se por um lado os equipamentos utilizados são relativamente poucos, os reagentes são caros. Além disso, o excesso de álcool utilizado na reação química, seja ele metanol ou etanol, precisa ser recuperado, e também uma quantidade significativa de glicerol precisa ser separada como um subproduto de valor comercial.

A Figura 3 apresenta um fluxograma simplificado sugerido por Tapasvi et al.¹ para, com a mistura reunida no Tanque de Coleta da Figura 2, recuperar o álcool e efetuar a separação do glicerol. A mistura passa pelo Trocador de Calor TC4 e é aquecida até 65ºC [1], temperatura de ebulição do metanol neste exemplo. Em seguida, ela é inserida no stripper, no qual é injetada uma corrente de vapor superaquecido [2]. Uma corrente de vapor d’água e metanol [3] deixa a parte superior do stripper e o glicerol na corrente [4] deixa a sua base. A corrente [3] composta de metanol e água é inserida na Coluna de Destilação CD, sendo separada em uma corrente de topo [5] de metanol, que é reciclado para os reatores, e uma corrente de fundo [6] de água.

A corrente de fundo do stripper [4] é enviada ao Reator de Acidificação RA, ao qual é injetada uma corrente de ácido clorídrico [7]. Neste reator, o catalisador presente auxiliará na formação de metanol e de cloreto de sódio, que sairão do mesmo com o Glicerol na corrente [8]. Esta mistura da corrente [8] é enviada ao Decantador 4, que separa a corrente de Glicerol [9] do resíduo que sai na corrente [10]. Também neste processo de recuperação do metanol e do glicerol, observa-se que as operações unitárias utilizadas são poucas e convencionais, com todos os equipamentos com tecnologias disponíveis no Brasil.

Química e Derivados, Ponto Crítico - Figura 3 – Fluxograma simplificado da recuperação de metanol e biodiesel
Figura 3 – Fluxograma simplificado da recuperação de metanol e biodiesel

O consumo de energia térmica neste processo de produção de biodiesel sem levar em conta perdas, ou seja, apenas o necessário para atender às necessidades de processo foi estudado pela Eng. Msc. Regiane A. Borella Costa² em sua dissertação de mestrado. Esse trabalho considerou um processamento de 100 kg/h de óleo de soja refinado que originam 100,5 kg/h de biodiesel. A Tabela 1 resume as necessidades de energia térmica para as operações do processo, sem considerar as perdas. Imaginemos que esta energia térmica viesse a ser atendida como vapor de aquecimento provido por um gerador de vapor que utilizasse o biodiesel como combustível e que este equipamento tivesse uma eficiência de conversão de 80%. Tomando como referência o poder calorífico inferior do biodiesel no valor de 38,9 MJ/kg, deveríamos consumir no gerador de vapor [744,8/(38,9 x 0,8)] = 23,9 kg/h de biodiesel para produzir 100,5 kg/h deste combustível, que representam 23,8% da produção. Ou seja, o equivalente a cerca de ¼ da produção é consumido para prover a energia térmica necessária ao processo. O mesmo estudo poderia ser feito para os processos produtivos de outros combustíveis convencionais ou alternativos. Para os demais processos da indústria química, o estudo também poderia ser feito procurando determinar o consumo específico de energia por unidade de massa produzida [kJ/kg de produto], para embasar e implementar programas de eficiência energética.

Esses dados poderiam sugerir uma reflexão mais geral, como colocada pelo jornalista Clóvis Rossi³: “a emergência ambiental que se está dando em cidades chinesas faria soar todos os alarmes [final de 2012]: o mundo está vivendo uma situação de mudança climática que anuncia uma catástrofe em algum momento futuro”. E prossegue: “o altíssimo custo dos desastres causados por fenômenos climáticos extremos é reconhecido pelos relatórios da PricewaterhouseCoopers, do Fórum Econômico Mundial e pelo grupo segurador Zurich, e não mais apenas pelos chamados grupos ambientalistas”. Conforme publicado na Folha de S. Paulo4: “em 2012, os prejuízos decorrentes de catástrofes relacionadas ao clima alcançaram US$ 160 bilhões no mundo inteiro, segundo a Munich Re, uma das maiores companhias de resseguro”. Nesse cenário citado, o uso da energia é um fator preponderante no aspecto ambiental e econômico.

Química e Derivados, Ponto Crítico - Tabela 1 – Energia térmica no processamento de 100 kg/h de óleo de soja refinado para obter 100,5 kg/h de biodiesel
Tabela 1 – Energia térmica no processamento de 100 kg/h de óleo de soja refinado para obter 100,5 kg/h de biodiesel

Em grande escala, órgãos internacionais e governos locais podem fazer políticas que integrem essas ações de preservação ambiental, que, quando implementadas, têm uma enorme abrangência; todavia, os consensos são demorados, conforme se pode depreender da leitura do livro de Celso Amorim5.

Porém, todos aqueles que atuam diretamente em um único processo podem refletir sobre ele e melhorá-lo rapidamente do ponto de vista energético, com o intuito de preservar o meio ambiente e reduzir custos.

No exemplo que descrevemos, da produção de biodiesel, percebe-se que 76,4% do consumo de energia térmica ocorre no refervedor e no stripper da recuperação do metanol. É de se imaginar que outras tecnologias poderiam ser desenvolvidas, como a de separação por membranas, especificamente para a mistura glicerol-metanol, a fim de reduzir o consumo de energia nesta etapa do processo.

Ao mesmo tempo, quando se observa o nível das temperaturas envolvidas no processo, percebe-se que 23,6% da energia consumida nele está abaixo de 100°C. Esta energia poderia ser fornecida, por exemplo, por meio de óleo térmico aquecido a 150°C, enviado aos trocadores de calor por meio de um campo de coletores de radiação solar com conversão térmica.

Persistir na situação cômoda de afirmar que o alternativo é caro e que o processo sob nossa responsabilidade é bom como está é tudo aquilo que o diabo quer para manter aberta a porta do inferno ambiental. Gerencialmente, é preciso colocar pessoal específico para estudar esses aspectos de melhorias, pois as equipes de produção e manutenção já estão por demais carregadas para assumir mais tarefas, todavia deverão se engajar firmemente nas mudanças. Enfrentar a questão energético-ambiental é dever de todos nós.


Para saber mais, recomendo:

1. Tapasvi et al.¹ – Process Model for Biodiesel Production from Various Feedstocks. American Society of Agricultural Engineers, v48, p.2215-2221, 2005.
2. Regiane Adelina Borella Costa – Estudo das Eficiências de Operação e Consumo de Energia em Plantas de Produção de Biodiesel. Dissertação de Mestrado. Escola Politécnica USP. 2009.
3. Clóvis Rossi – É tempo de fechar a porta do inferno. Folha de S. Paulo. Mundo. 17 de janeiro de 2013. P. A20.
4. O ar que se respira. Folha de S. Paulo. 26 de janeiro de 2013. P. A2
5. Celso Amorim – Conversas com jovens diplomatas. Benvirá. 2011. Cap. 10. P.255-262.
6. Energias Renováveis, Geração Distribuída e Eficiência Energética. Pece – Programa de Ensino Continuado em Engenharia. Curso de Especialização. www.pecepoli.com.br

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado.