Artigo agrener 2000 Almeida



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Projeto Bio-Combustível: processamento de óleos e gorduras vegetais
in natura e residuais em combustíveis tipo diesel

José Adolfo de Almeida Neto1, Jeferson C. do Nascimento2, Luiz A. G. Sampaio1, Jorge Chiapetti3,
Reinaldo S. Gramacho
2, Cilene N. Souza1 e Valéria A. Rocha2

1DCAA, 2DCET e 3DCAC, Universidade Estadual de Santa Cruz – UESC
45650-000 Ilhéus - BA tel.: + (73) 680-5274 fax: +(73) 689-1112

RESUMO

A Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC), vem investindo, desde março de 1998, em parcerias com instituições de reconhe­cida experiência em biocombustíveis, a fim de concretizar um projeto piloto para a produção de combustíveis líquidos utilizando matérias-primas renováveis e residuais.

A partir de protótipos com capacidade para processar 5 kg e 150 kg por batelada, foi desenvolvida, no Departamento Agrartechnik da Universidade de Kassel, uma unidade de transeste­rificação em batelada com capacidade nominal para processar até 7,0 t/semana de matéria-prima, instalada em março de 2000 no Campus da UESC.

Como matéria-prima para a produção do biocombustível foram utilizados óleos e gorduras residuais, descartados nas cidades de Ilhéus, Itabuna e Salvador. Estudos conduzidos nas três cidades apontaram o potencial quantitativo e qualitativo destes materiais como matéria-prima na produção de ésteres metílicos por transesterificação alcalina.

O custo de produção do bio-combustível foi entre R$ 0,71/L e R$ 1,36/L, depen­dendo, principalmente, da qualidade e do custo da matéria-prima utilizada.

ABSTRACT

Since March of 1998, the State University of Santa Cruz (UESC) has been investing in partnerships with other institutions that have experience in biofuel technology, to start a pilot project for the production of liquid fuels using renewable and waste feedstocks in the South of Bahia, Brazil.

Based on prototypes of 5 kg and 150 kg, respectively, the Department of Agricultural Engineering of Kassel University has developed a batch process transesterification unit, with a capacity of processing 7,0 t/week of raw material, which was transferred to UESC Campus in March 2000.

Waste oils and fats from the cities of Ilhéus, Itabuna and Salvador were used as feedstock for the biofuel production. A study based on questionnaires collected data on the potential, quality and availability of these materials in restaurants and other establishments.

It was verified that the used frying soybean oil and the hydrogenated fats meet the standards required for the alkaline transesterification process. Therefore, they represent a plant source of great potencial for biofuel production.

The estimated costs of biofuel production vary from R$ 0,71/L to R$ 1,36/L, mainly depending on fat quality and costs of the feedstock used in each case.


1. Introdução
O projeto foi iniciado com a realização do "I Workshop Sobre a Geração de Energia a Partir de Óleos Vegetais", em março de 1998. Naquele momento, o projeto priorizava o estudo de oleaginosas locais, como p. ex. o dendê, na produção de combustíveis para uso local, na geração termoelétrica ou para aplicação em motores estacionários de moendas, prensas ou conjuntos moto-bomba para irrigação. (ALMEIDA NETO & SILVA, 1998)
Levantamentos e estudos preliminares, feitos de março a julho de 1998, apontaram limites para a proposta inicial do projeto, ou seja, para a utilização do azeite de dendê, produzido em roldões1 na região costeira do Sul da Bahia, como combustível em motores ciclo diesel.

O azeite de dendê, produzido em mais de 300 roldões na região Sul da Bahia, não atendia a cri­té­rios básicos do ponto de vista técnico, ambiental e eco­nô­mico, como matéria-prima potencial para a geração de energia (ALMEIDA NETO & KRAUSE, 1998):




  • o azeite produzido nos roldões apresentou quali­da­de muito variável, com tendência a altos índices de contaminação, de acidez livre e de oxidação;

  • o balanço energético e ambiental do processo de produção mostrou-se desfavorável;

  • os custos de produção do azeite e os benefícios econômicos esperados para o público alvo eram desfavoráveis.

Paralelamente, pesquisas e estudos realiza­­dos na Universidade de Kassel, para o reaproveita­mento de óleos e gorduras usados como combustível tipo diesel, apresentaram resultados e perspectivas promis­soras, tanto do ponto de vista técnico como econô­mico. Um método para conversão desta matéria-prima gordurosa, reciclada das frituras de alimentos, em ésteres metílicos de ácidos graxos (AME2), foi adaptado e otimizado com sucesso para a esca­­la piloto (AnggrainI-SÜß, 1999).


Um acordo de cooperação entre a UESC e o Departamento Agrartechnik da Universidade de Kassel, firmado em outubro de 1998, propiciou o inter­câmbio de pesquisadores, a familiarização com os procedimentos e testes laboratoriais usados na produ­ção do biocombustível, usando como maté­ria­­-prima óleos e gorduras in natura e residuais, coletados na região Sul da Bahia.
Em 1999 foram realizados estudos preliminares sobre o potencial, a qualidade e a origem dos óleos e gorduras vegetais residuais3 (OGR) descartados pelo setor alimentício nos centros urbanos de Ilhéus, Itabuna e Salvador. Ainda no segundo semestre de 1999 e no primeiro de 2000, foram conduzidos estudos junto aos barqueiros da Baía de Camamu, para o levantamento dos parâmetros técnicos dos motores e sobre o interesse entre os barqueiros em participar de uma experiência com o uso do biocombustível.
2. Revisão de literatura
2.1. Sustentabilidade e energias renováveis
Os recursos energéticos renováveis, em suas mais diversas vertentes, têm sido historicamente mencionados como um componente importante na busca de uma economia energética sustentável. Todavia, a renovabilidade de um combustível per se não garante que este preencha os critérios de susten­ta­bilidade. Para lidar com recursos energéticos renová­veis, foram sugeri­dos os seguintes procedimentos (OSTEROTH, 1992; FLAIG ­& MOHR, 1993; PIMENTEL, 1995):

  • monitorar o atendimento dos requisitos de sustentabilidade por toda a cadeia de produção do recurso (cultivo, processamento, uso/conversão e destinação dos resíduos);

  • a produção de matérias-primas renováveis deve considerar os limites de capacidade de regeneração dos recursos naturais (solo, água, etc.), de modo a assegurar sua produtividade a médio e longo prazo;

  • observar possíveis conflitos e concorrências no uso dos recursos naturais (p. ex. a concorrência entre uso alimentar e energético dos óleos vegetais);

  • a taxa de utilização do recurso não deve superar a sua capacidade de renovação (p. ex. na extração de recursos florestais ou pesqueiros).


2.2. Biomassa e óleos vegetais

Dentre os recursos energéticos renováveis, o aproveitamento da biomassa, em suas mais variadas formas (sólida, líquida e gasosa), foi intensivamente pesquisado nas últimas décadas, como alternativa pa­ra minimizar os efeitos ambientais adversos e a inse­gu­rança no suprimento futuro de combustíveis fós­seis (BRENDÖRFER et al., 1989; FLAIG & MOHR, 1993).


A utilização de óleos vegetais, uma das variantes energéticas da biomassa que está sendo alvo de pesquisa em diferentes países, tem recebido incentivo principalmente a partir da crise do petróleo na década de 70 (ALVIM & ALVIM, 1979; BATEL, 1980; CEPLAC, 1980; PETTERSON, 1986; APFELBECK, 1989; MENDES et al., 1989; MITTELBACH et al., 1992; MEYER-PITTROFF, 1994).

Entre os aspectos que motivaram o estudo dos óleos vegetais como potencial combustível, destacam-se:



  • o seu estado físico (líquido) e o seu alto conteúdo energético específico (MJ/kg de combustível), quando comparados com outros combustíveis derivados da biomassa;

  • o fato de poderem ser produzidos a partir de diferentes oleaginosas (soja, colza, dendê, etc.), sob diferentes condições climáticas;

  • a alta produtividade energética de algumas oleaginosas (acima de 150 GJ/ha para o dendê);

  • a possibilidade da utilização do óleo e seus derivados em motores de alta eficiência de conversão energética, como os motores ciclo diesel.

Por outro lado, apresentaram-se também barreiras e aspectos desfavoráveis a uma ampliação do seu emprego (REINHARDT & VOGT, 1998):


  • concorrência no uso do solo e água com culturas alimentares e para outros fins técnicos;

  • possíveis impactos ambientais resultantes de uma produção agrícola intensiva de culturas energéti­cas (erosão, contaminação do solo e água com resíduos de adubos, herbicidas e pesticidas);

  • altos custos de produção, quando comparados aos custos atuais vigentes para produção de combustíveis fósseis (diesel, óleo combustível).

No Brasil, foram realizados muitos estudos nas décadas de 70 e 80, visando a produção de combustível a partir de óleos vegetais in natura, mas as cotações elevadas destes óleos no mercado internacional, aliado às baixas produtividades agrícolas em óleo obtidas nos plantios, inviabilizaram investimentos de grande porte para sua utilização em larga escala, ao contrário do que se passou com o proálcool (HOMEM DE MELLO & PELIN, 1984).

Segundo Mittelbach, a utilização de óleos vegetais como combustível, in natura ou modificados, tem sido muito relatada na literatura, especialmente os és­te­res metílicos e etílicos obtidos por transesterifica­ção (Figura 1). Entretanto, o uso em larga escala de óleos vegetais como combustível tem sido limitado pelos preços no mercado mundial dos produtos de origem fóssil. Portanto, só países que contam com excesso de produção de óleos vegetais têm demonstrado interesse especial neste combustível (MITTELBACH & TRITTHART, 1988).
A produção do biodiesel4 encontra-se em estágio avançado de desenvolvimento nos EUA e em vários países europeus, com destaque para a Áustria e Alemanha, onde, graças a subsídios agrícolas e impostos ambientais, converteu-se em uma alterna­tiva compe­ti­ti­va (SYASSEN, 1996).

Na Alemanha, o combustível a base de colza é ofertado em uma rede de mais de 1000 postos de distribuição de combustível a preços entre 5 e 10% abaixo do diesel. Volkswagen/Audi, Mercedes e Volvo já liberaram vários modelos de seus veículos para o uso com biodiesel produzido dentro do padrão indicado pela norma DIN 51606.



2.3. Óleos e gorduras residuais
Apesar dos possíveis benefícios ambientais no emprego de óleos vegetais como substituto
ao diesel, barreiras do ponto de vista econômico e ético motivaram a busca de matérias-primas alternativas para a produção de biocombus­tíveis
(MITTELBACH, 1992).

Dentre as alternativas estudadas, a reutili­za­ção de óleos e gorduras vegetais residuais (OGR) de processos de fri­tu­ra de alimentos tem se mostrado atraente, na medida em que aproveita o óleo vegetal como combustível após a sua utilização na cadeia alimentar, resultando assim num segundo uso, ou mesmo numa destinação alternativa a um resíduo da produção de alimentos (ANGGRAINI, 1999).


Observa-se ainda que só uma pequena percentagem dos OGR vem sendo coletada para a fabricação de sabão ou de rações para animais, sendo que a maioria ainda é eliminada através do sistema de esgoto e lixo, gerando uma sobrecarga adicional para o tratamento de esgoto (MITTELBACH, 1988).

Figura 1 - Transesterificação em meio alcalino

Uma série de levantamentos demonstra o potencial de OGR em diferentes países. Na Alemanha, p. ex., são coletados e reciclados 1,0 x 105 t/a de um total de OGR coletáveis estimado entre 3,8-5,0 x 105 t/a (ANGGRAINI, 1999). Na Áustria, são consumidos anualmente em torno de 120.000 t de óleos e gorduras, sendo cerca de 50% utilizados na fritura de alimentos. Estima-se que um total de 3,7 x 104 t possa ser economicamente coletada, o que equivaleria energeticamente a 1,5% do consumo austríaco de diesel (MITTELBACH et al., 1992; MITTELBACH, 2000).
Em pesquisas realizadas na Universidade de Kassel (Alemanha), utilizando óleos e gorduras oriundas de descarte de frituras de alimentos para a produção de biocombustível através do processo de transesterificação alcalina (figura 1), obtêm-se como produto, além de glicerina, ésteres metílicos com propriedades fisico-químicas semelhantes ao diesel (ANGGRAINI, 1999).

A princípio, toda substância que contém triglicerídeos em sua composição pode ser usada para a produção de ésteres. Alguns fatores, porém, poderão limitar a utilização dos OGR como matéria-prima, destacando-se (PUDEL & LENGENFELD, 1993):



  • suas características físicas e químicas;

  • a competição com outros usos (rações, lubrifi­cantes, produção de derivados graxos, etc.);

  • seu custo e disponibilidade.

Além disso, há impurezas que não podem ser eliminadas atra­vés de decantação ou filtração, como os ácidos livres, polímeros e fosfolípideos, que podem dificultar ou mesmo inviabilizar o seu aproveitamento como com­bustível. A origem do resíduo irá determinar sua dis­ponibilidade, qualidade e custo para a utilização co­mo combustível, conforme classificação sugerida na tabela 1 para resíduos gordurosos na Alemanha (JURISCH & MEYER-PITTROFF, 1995).
O combustível produzido a partir de OGR apresenta vantagens do ponto de vista ecológico com relação ao óleo diesel derivado do petróleo e também com relação ao biodiesel padrão produzido a partir do óleo de colza. Em comparação com o diesel, o éster de OGR possui a vantagem de não emitir, na combustão, compostos de enxofre, além de ser rapidamente biodegradável no solo e na água. Em relação ao biodiesel, o éster de OGR se mostra vantajoso do ponto de vista do balanço energético (KRAUSE et. al., 1999).
Tabela 1: Principais tipos de resíduos gordurosos e sua dis­po­n­i­­bilidade/qualidade para uso como combustível

Óleo e gordura
residual



Custo



Qualidade



Volume



Preparo


de fritura comercial

O

+

++

+

de fritura residencial

O

++

-

++

de fritura industrial

-

+

++

+

de mata­dou­ros e frigoríficos

O

-

++

-

do tratamento de esgoto

+

--

+

--

(++) muito favorável (+) favorável (0) satisfatório (-) desfavorável (--) muito desfavoráv.
Fonte: JURISCH, & MEYER-PITTROFF, 1995

Um estudo na cidade de Valencia, Espanha, conclui ser atrativa, do ponto de vista ambiental, a obtenção de biocombustível a partir de OGR. Um sistema de coleta seletiva, estabelecido pela prefeitura da cidade, deu suporte ao projeto de produção do biocombustível para abastecimento de 480 ônibus urbanos, com uma demanda de aproximadamente 42.000 litros/dia. O objetivo maior do projeto foi a eliminação, em larga escala, dos OGR das canaliza­ções do sistema de esgoto sanitário da cidade, cerca de 10.000 t/a. (LÖHRLEIN & JIMÉNEZ, 2000).





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