Hidroesterificação: tecnologia de segunda geração na produção de Biodiesel

O processo de hidroesterificação é a mais moderna alternativa na produção de biodiesel. Esse processo permite o uso de qualquer matéria-prima graxa (gordura animal, óleo vegetal, óleo de fritura usado, borras ácidas de refino de óleos vegetais, entre outros). Essas matérias-primas são totalmente transformadas em biodiesel independente da acidez e da umidade que possuem.

Esse é um grande diferencial quando comparado ao processo convencional de transesterificação. A transesterificação industrial ocorre por catálise alcalina gerando inevitavelmente sabões, exigindo invariavelmente matérias-primas semi-refinadas (mais caras). Esse problema afeta o rendimento dessas plantas bem como a dificuldade de separação biodiesel/glicerina. Para resolver esse problema, a transesterificação faz uso de grandes quantidades de ácidos para quebra de emulsão, o que gera um custo operacional elevado.

A hidroesterificação é um processo que envolve uma etapa de hidrólise seguida de esterificação.

A hidrólise consiste numa reação química entre a gordura (ou óleo) com a água, gerando-se glicerina e ácidos graxos (Esquema 1). Trata-se de um processo conhecido no mundo e mesmo no Brasil, onde existem atualmente três plantas em operação. Nessas plantas atinge-se conversões superiores a 99%. Independente da acidez e da umidade (que é reagente do processo !) da matéria-prima, o produto final de hidrólise possui acidez superior a 99%. Portanto, ao invés de diminuir a acidez através de um refino, a hidrólise aumenta propositadamente a acidez da matéria-prima. Além disso, obtém-se uma glicerina muito mais pura que a glicerina advinda da transesterificação. Matérias-primas de grau alimentício geram glicerinas de grau alimentício a partir da hidroesterificação. Isso jamais ocorre na transesterificação, onde um significativo teor de sais, álcoois e outras impurezas encontram-se presente na glicerina.

Triglicerídeos + 3 H2O ↔ 3 Ácidos Graxos + Glicerol (Esquema 1)

Após a hidrólise, os ácidos graxos gerados são então esterificados com metanol ou etanol, obtendo-se o metil éster com elevada pureza. O próprio álcool “neutraliza” a acidez presente. Não existe contato de glicerina (já removida na hidrólise) com o biodiesel (produzido na esterificação). Atualmente, a fábrica de biodiesel da Agropalma (Belém-PA) já opera com esterificação. Apenas água é gerada como sub-produto (Esquema 2). Essa água retorna para o processo de hidrólise. Isso evita problemas de contaminação do biodiesel com resíduos de glicerol livre ou total (mono, di e triglicerídeos). Gera-se um biodiesel da mais elevada pureza, sem necessidade de etapas de lavagem que geram efluentes e elevado consumo de compostos químicos (Figura 1).

Ácidos Graxos + Metanol ↔ Biodiesel + H2O (Esquema 2)

Estima-se que uma planta de biodiesel por transesterificação possui um custo operacional de US$ 70/ton de biodiesel (energia elétrica, energia térmica, produtos químicos e mão de obra). A hidroesterificação por dispensar catalisadores homogêneos ou ácidos e bases de lavagem possui um custo operacional de US$ 35/ton. Numa planta de 100.000 ton/ano isso representa uma economia de US$ 3,5 milhões/ano.

Fora isso, as vantagens são ainda maiores pela utilização de matérias-primas ácidas como óleos de palmáceas brutos (dendê, macaúba, babaçú), óleo de mamona bruto ou gorduras de vísceras de animais de elevada acidez (porco, boi, galinha). A transesterificação é inviável para essas matérias-primas mais baratas. Como cerca de 80% do custo de produção do biodiesel é proveniente do custo da matéria-prima, a hidroesterificação permite um significativo salto na viabilidade de um projeto de biodiesel.


Figura 1 – Fluxograma do Processo de Hidroesterificação
Tecnologia USDA/GSH

RESUMO DAS VANTAGENS E DESVANTAGENS
NA ADOÇÃO DA TECNOLOGIA USDA/GSH X TRANSESTERIFICAÇÃO

VANTAGEM DA TRANSESTERIFICAÇÃO

• INVESTIMENTO INICIAL MENOR

DESVANTAGENS DA TRANSESTERIFICAÇÃO

• GERA SABÕES, EXIGINDO MATÉRIAS – PRIMAS SEMI - REFINADAS, MAIS CARAS. ESTE PROBLEMA AFETA O RENDIMENTO DA PRODUÇÃO, BEM COMO APRESENTA A DIFICULDADE NA SEPARAÇÃO BIODIESEL/GLICERINA
• A SEPARAÇÃO BIODIESEL/GLICERINA REQUER GRANDES QUANTIDADES DE ÁCIDOS PARA QUEBRA DA EMULSÃO, O QUE GERA UM CUSTO OPERACIONAL ADICIONAL ELEVADO.
• O PROCESSO DE CONVERSÃO MÁXIMO É DA ORDEM DE 90%. GERA SUB – PRODUTOS
• OS SUB – PRODUTOS GERADOS ( GLICEROL ) , OU ADICIONADOS EM EXCESSO COMO O ÁLCOOL, A SOLUÇÃO AQUOSA COM CATALISADOR, EXIGEM CUSTOSOS PROCESSOS DE RECUPERAÇÃO, OU PERDA DESTES RESÍDUOS.
• NECESSITA ETAPAS DE LAVAGEM GERANDO EFLUENTES QUE TÊM QUE SOFRER TRATAMENTO. IMPLICA EM ELEVADO CONSUMO DE CUSTOSOS COMPOSTOS QUÍMICOS.
• ALTO CUSTO DE PRODUÇÃO.

DESVANTAGEM DA USDA/GSH

• INVESTIMENTO INICIAL MAIOR

VANTAGENS DA USDA/GSH

• PERMITE O USO DE QUALQUER MATÉRIA – PRIMA GRAXA : PERMITE O USO DE MATÉRIAS – PRIMAS MAIS BARATAS, INVIÁVEIS PARA A TRANSESTERIFICAÇÃO. PERMITE O USO DA MISTURA DESTAS MATÉRIAS – PRIMAS. INDEPENDEM DA ACIDEZ E UMIDADE QUE POSSUEM.
• PERMITE CONVERSÕES SUPERIORES A 99%.
• VELOCIDADE PARA COMPLETAR REAÇÃO MAIOR, TEMPO PARA PRODUÇÃO MENOR, CAPACIDADE PRODUTIVA MAIOR.
• OBTEM – SE UMA GLICERINA MUITO MAIS PURA.
• O METIL ÉSTER OBTIDO É DE ALTÍSSIMA PUREZA, LÍMPIDO E CLARO, INDEPENDENTE DOS ÓLEOS BASES.
• APENAS ÁGUA É GERADA COMO SUB – PRODUTO. E É REAPROVEITADA.
• CUSTO OPERACIONAL POR TM 50% MENOR. ISTO QUER DIZER, PERMITE RETORNO DO CAPITAL EM TEMPO MENOR, E JUSTIFICA O INVESTIMENTO INICIAL MAIOR.

FONTE: GSH DO BRASIL