Síntese de catalisador ácido heterogêneo em base carbônica obtida de resíduos de sementes de açaí (Euterpe oleracea Mart.) para produção de biodiesel com óleo de fritura

Abstract

O objetivo desse estudo foi conduzir reações de transesterificação para produção de biodiesel com óleo de fritura, sob influência de catalisador ácido heterogêneo, que foi sintetizado em bases carbonizadas obtidas de resíduos de semente de açaí (Euterpe oleracea Mart.). As fases do produto (sementes processadas, biocarvão, catalisador pré-uso e catalisador pós- uso) foram caraterizadas quanto aos aspectos físicos, químicos e físico-químicos. Para produção da base carbonizada foram consideradas três variáveis: tempo de carbonização (2, 4 ou 6 h), temperatura de carbonização (180, 360 ou 540 ºC) e dosagem de ativador (5,0; 7,5 ou 10 % m/m de sementes), as quais foram arranjadas em 27 observações. Para os ensaios de produção de biodiesel, foram consideradas as seguintes variáveis: relação molar óleo/metanol (10:30, 10:45 ou 10:60), dosagem de catalisador (6,0, 8,0 ou 10 % m/v de óleo), tempo de reação (90, 150 ou 210 minutos), temperatura de reação (55, 60 ou 65 ºC) e velocidade de mistura (400, 500 ou 600 rpm), arranjadas conforme a metodologia de otimização multivariada de Box-Behnken, que resultaram em 46 observações. A partir dos dados de otimização foram conduzidas as seguintes etapas: ensaios de consistência da otimização, reuso do catalisador e ensaio de comparação de performance em relação a catalisadores convencionais homogêneos. Dentre os resultados, obteve-se: (i) rendimento máximo de 84% de biocarvão e 43% de catalisador, com custo total de R$ 133, (ii) rendimentos de biodiesel que variaram de 46 a 97%, (iii) estabilidade catalítica aos longo de cinco dos onze ciclos de reuso, (iv) performance superior aos catalisadores convencionais homogêneos H2SO4 (85%) e KOH (53%), (v) otimização numérica multivariada do processo que sugeriu 37,64 ml de metanol, 8,25% de catalisador, 209,9 minutos de reação, 60,7 ºC de temperatura e 400 rpm de velocidade de mistura como ideais para 89% de rendimento de biodiesel, o qual foi validado por meio do ensaio de consistência que resultou em média 88,73% de rendimento, diferente apenas em 0,27% do rendimento sugerido e (vi) ganhos ambientais pela agregação de valor à biomassa de sementes de açaí, corriqueiramente descartada de forma irregular no meio ambiente. As excelentes propriedades catalíticas do material criado nesse estudo e os rendimentos obtidos indicam que o uso de resíduos de sementes de açaí como matéria-prima para carbonização e síntese de catalisador ácido heterogêneo é um processo tecnicamente e financeiramente viável.