Produção de biodiesel e o excedente de glicerol – ABEQ

Produção de biodiesel e o desafio do excedente de glicerol

Olá, leitoras e leitores. Na busca por fontes de energia sustentáveis e emissões de carbono reduzidas, o biodiesel emergiu como uma alternativa promissora ao diesel convencional derivado do petróleo. O biodiesel é um combustível (parcialmente) renovável e de queima mais limpa, que pode ser produzido a partir de várias matérias-primas, como óleos vegetais, gorduras animais e óleos de cozinha usados. O processo de produção de biodiesel envolve diversas etapas-chave, mas traz o desafio do excedente de glicerol, um subproduto da reação de transesterificação. Neste texto, vamos tentar entender alguns aspectos relevantes do processo de produção de biodiesel e as implicações do excedente de glicerol.

Processo de Produção de Biodiesel

O método principal para produzir biodiesel é por meio de um processo químico chamado transesterificação. A transesterificação envolve a reação de um triglicerídeo, normalmente um óleo vegetal ou gordura animal, com um álcool, geralmente metanol ou etanol, na presença de um catalisador, como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. Essa reação resulta na conversão dos triglicerídeos em biodiesel e glicerol. O processo de transesterificação pode ser resumido da seguinte forma:

  1. Pré-tratamento: A matéria-prima, que pode ser óleo vegetal virgem, óleo de cozinha usado ou gordura animal, passa por um pré-tratamento para remover impurezas como água, ácidos graxos livres e sólidos. Essa etapa é crucial para garantir uma transesterificação eficiente.
  2. Mistura: A matéria-prima pré-tratada é misturada com o álcool escolhido (metanol ou etanol) na presença do catalisador. A mistura é agitada para garantir distribuição uniforme.
  3. Transesterificação: A mistura é aquecida a uma temperatura específica, geralmente em torno de 60-70°C, para facilitar a reação. O catalisador auxilia na quebra dos triglicerídeos em ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos (biodiesel) e glicerol.
  4. Separação: Após a conclusão da reação, a mistura é deixada em repouso. O biodiesel, por ser menos denso, flutua sobre o glicerol e pode ser separado. No entanto, algumas impurezas ainda podem estar presentes e requerem processamento adicional.
  5. Lavagem e Purificação: O biodiesel separado é lavado para remover qualquer catalisador restante, sabão e outras impurezas. Essa etapa melhora a qualidade e a estabilidade do combustível.

Produção de biodiesel e o excedente de glicerol - ABEQ ©QD Foto: iStockPhoto

Figura 1: esquema da reação de transesterificação; na imagem R são grupos químicos quaisquer e TG é triacilglicerol. (Oliveira et al., 2012)

Produção e a renovabilidade do biodiesel

O biodiesel pode ser produzido, em princípio, a partir de vários álcoois, mas na prática consideram-se apenas dois – metanol e etanol. Por causa do impedimento estérico, a transesterificação a partir do etanol leva a rendimentos menores para as mesmas condições de processo, quando comparado com a rota a partir do metanol. Por conta dessa diferença de reatividade, o processo com etanol demandaria uma proporção maior de álcool o que leva a uma piora da separação do glicerol por decantação. Esses dois problemas fazem com que o metanol seja o álcool predominante nos processos de produção de biodiesel.

Contudo, diferentemente do etanol produzido a partir da cana, e completamente renovável, o metanol é produzido a partir da reforma do gás natural e tem, portanto, origem fóssil. Ou seja, ainda que somente uma fração do biodiesel seja não renovável, e o impacto ambiental do gás natural seja menor do que o do petróleo, o biodiesel tal como produzido hoje é apenas parcialmente renovável.

Excedente de Glicerol: Causas e Implicações

Embora a produção de biodiesel ofereça uma solução energética mais sustentável, também apresenta um desafio: a geração de excedente de glicerol como subproduto do processo de transesterificação. Para cada unidade de biodiesel produzida, cerca de 10% de glicerol é formado. O glicerol produzido durante a produção de biodiesel é glicerol bruto, contendo impurezas e resíduos da matéria-prima e do processo de reação. O glicerol em excesso gerado não pode ser liberado diretamente no meio ambiente devido ao seu potencial impacto ambiental. Encontrar métodos ecologicamente corretos e economicamente viáveis para o descarte do glicerol é fundamental. Além disso, o acúmulo de excedente de glicerol poderia levar a um aumento nos custos de descarte, afetando a economia geral da produção de biodiesel. A gestão do subproduto de glicerol é essencial para manter a relação custo-benefício do processo de produção de biodiesel.

Entre as opções de aproveitamento do glicerol, destacam-se:

  1. Refino do Glicerol: Pesquisadores estão explorando métodos para refinar o glicerol bruto obtido da produção de biodiesel. Isso envolve a purificação do glicerol, removendo impurezas, que posteriormente permite o seu uso em diversas aplicações industriais, como cosméticos, produtos farmacêuticos e aditivos alimentares.
  2. Conversão em Produtos de Valor: O glicerol pode ser transformado em produtos de valor por meio de diversos processos químicos. Pode ser utilizado para produzir produtos químicos como epicloridrina, propilenoglicol, carbonato de glicerol e até biocombustíveis por meio de processos como hidrogenólise e fermentação.
  3. Coprodução de Biodiesel: Algumas instalações de produção de biodiesel podem considerar estratégias de coprodução. Isso envolve a integração da produção de biodiesel com outros processos, como a produção de biogás ou bioetanol, para utilizar o glicerol como matéria-prima nesses processos.
  4. Conversão Biológica: Microrganismos podem ser empregados para converter o glicerol em produtos úteis. Algumas bactérias e leveduras têm a capacidade de fermentar o glicerol em compostos valiosos, como etanol, ácidos orgânicos e bioplásticos.

Produção de biodiesel e o excedente de glicerol - ABEQ ©QD Foto: iStockPhoto

Figura 2: Exportação do glicerol (ComexStat)

Figura 3: Importação de metanol (ComexStat)

Na prática, cerca de 75% do glicerol produzido no Brasil é exportado. E a maior parte do glicerol no mundo, 35%, é usada para a produção de epicloridrina. Os maiores exportadores de epicloridrina são Tailândia, Alemanha, China, Japão e Coréia do Sul. Contudo, nem toda epicloridrina produzida é feita a partir do glicerol.

O Brasil produziu em 2022 cerca de 6,3 milhões de m³ de biodiesel, ou 5,5 milhões de toneladas. Foram, portanto, 550 mil toneladas de glicerol como subproduto. A maior parte é comercializada como glicerina loura, com 80% de pureza, e o restante como glicerina bidestilada, com mais de 99,5% de pureza.

Considerando que as quantidades de metanol consumida e glicerol gerada são praticamente iguais, podemos calcular o impacto do biodiesel na balança comercial do Brasil. Pouco mais de 40% do metanol importado pelo Brasil é utilizado na produção de biodiesel – a maior parte é utilizada na produção de formaldeído. O preço médio do metanol importado foi de 0,37 US$/kg em 2023, e o glicerol foi exportado por 0,29 US$ (média entre os preços do puro e do bruto). Ou seja, há um déficit de US$ 80 por tonelada de biodiesel produzida, ou US$ 440 milhões por ano. A hipótese aqui é que o óleo de soja usado na produção de biodiesel é comprado no preço de cotação internacional e que o Brail é autossuficiente em biodiesel.

Hoje o Brasil, adiciona 12% de biodiesel ao diesel de petróleo. A Alemanha chegou a adicionar 9% em 2020, hoje adiciona cerca de 7%. Ou seja, fazemos mais do que o país rico mais avançado no tema.

A variação do teor de biodiesel usado pela Alemanha, um país rico, revela que a viabilidade econômica ainda é um obstáculo em direção à desfossilização das cadeias produtivas. No caso específico do biodiesel, o preço do metanol está pareado com o gás natural, de tal forma que o aumento do preço dos combustíveis fósseis pressiona também o biodiesel.

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Como melhorar

Mudanças no processo podem levar a aumentos de rendimento ou do índice de renovabilidade do biodiesel.

Química e Derivados -
André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP

A utilização de catalisadores heterogêneos enzimáticos tem potencial para aumentar o rendimento do processo, dado que nessa rota não ocorre a reação de saponificação do óleo ou gordura, levando a mais biodiesel por reagentes e a produtos, biodiesel e glicerol, mais puros.

A utilização de cossolventes orgânicos, como hexano, dimetil sulfóxido (DMSO) ou tetrahidrofurano (THF), com etanol pode aumentar a velocidade da reação, minimizando os problemas atuais da rota do etanol. Biodiesel à base de etanol é completamente renovável, o que aumenta a capacidade do processo de gerar créditos de carbono.

Ainda sobre créditos de carbono, um processo completamente renovável permitiria, em princípio, auferir créditos de carbono pela utilização da glicerina como reagente na produção de outros químicos. A obrigatoriedade de grandes consumidores de combustíveis, como frotas de carros e transportadoras, adquirirem créditos de carbono poderia em princípio viabilizar a produção do biodiesel, mas o aumento da demanda por créditos de carbono de oferta inelástica também tem potencial inflacionário, dado que o custo acaba sendo pago pelos consumidores.

A viabilização da produção de químicos a partir da glicerina aumentaria a demanda e o preço da glicerina, o que aumentaria a atratividade do biodiesel.

Referências

Almeida, H. Glicerina Oferta restrita e demanda aquecida elevam preços. Química e Derivados, 2 de novembro de 2021. Disponível em: https://www.quimica.com.br/glicerina-oferta-restrita-e-demanda-aquecida-elevam-precos/.

BiodieselBR.com. Alemanha consumiu 2,3% menos biodiesel em 2022. https://www.biodieselbr.com/noticias/inter/alemanha/alemanha-consumiu-2-3-menos-biodiesel-em-2022-270323. Acessado 21 de agosto de 2023.

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Folhapress. Crédito de carbono bate R$ 200 e segura queda dos preços dos combustíveis. https://www.biodieselbr.com/noticias/regulacao/rbio/credito-de-carbono-bate-r-200-e-segura-queda-dos-precos-dos-combustiveis-080722. Acessado 21 de agosto de 2023.

Musa, Idris Atadashi. “The effects of alcohol to oil molar ratios and the type of alcohol on biodiesel production using transesterification process”. Egyptian Journal of Petroleum, vol. 25, nº 1, março de 2016, p. 21–31. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2015.06.007.

Oliveira, Diogo; Vendrusculo, Vinícius; Fontoura, Luiz; Ongaratto, Diego; Naciuk, Fabrício. AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE À OXIDAÇÃO E DO PONTO DE ENTUPIMENTO DE FILTRO A FRIO DE BIODIESEIS DERIVADOS DE BLENDAS DE SEBO BOVINO COM ÓLEO DE SOJA. Revista de Iniciação Científica da ULBRA 10 (2012). 51-56.

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Verma, Puneet, e M. P. Sharma. “Comparative analysis of effect of methanol and ethanol on Karanja biodiesel production and its optimisation”. Fuel, vol. 180, setembro de 2016, p. 164–74. ScienceDirect, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.04.035.

Texto: André Bernardo

O AUTOR

André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP, com mestrado em Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos pela Faculdade de Engenharia Química da Unicamp e Doutorado em Engenharia Química pela UFSCar. Trabalhou no Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) e em diferentes indústrias químicas. Atualmente é professor do departamento de Engenharia Química da UFSCar. contato: [email protected]

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