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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Sara Aparecida Machado
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2017
Orientador
Banca examinadora
Giordani, Domingos Savio (Presidente)
Castro, Heizir Ferreira de
Krähenbühl, Maria Alvina
Mendes, Adriano Aguiar
Santos, Júlio César dos
Título em português
Produção de biodiesel a partir de óleo de macaúba com alta acidez empregando processos de hidroesterificação
Palavras-chave em português
Biodiesel
esterificação
hidroesterificação
hidrólise
óleo de macaúba
Resumo em português
O processo de transesterificação alcalina para produção de biodiesel não é indicado para óleos de alta acidez, para esta condição, o processo de hidroesterificação atualmente tem sido investigado como alternativa. Este processo consiste em duas etapas associadas, a hidrólise na qual as moléculas de triacilgliceróis são hidrolisadas aos respectivos ácidos graxos, tendo como subproduto o glicerol e, em seguida, a etapa de esterificação na qual os ácidos graxos obtidos e previamente purificados são esterificados com o álcool desejado. Este processo favorece à utilização de matérias-primas com qualquer teor de ácidos graxos livres e umidade, o que pode representar redução do custo de produção. A macaúba (Acronomia aculeata) é uma palmeira de elevada produtividade em óleo (4 mil litros de óleo por hectare por ano) e dos seus frutos são extraídos os óleos da amêndoa (rico em ácido láurico) e da polpa, rico em ácido oleico e palmítico. Devido sua composição, o óleo da polpa se destaca como matéria-prima promissora para a produção de biodiesel. Entretanto, possui uma alta acidez, dificultando seu processamento pela rota convencional de transesterificação. Neste contexto, este trabalho tem como principal objetivo estabelecer o processo de hidroesterificação enzimático/químico para viabilizar a utilização desta matériaprima. Na primeira etapa do processo, a hidrólise, as lipases microbianas provenientes de Rhizophus oryzae e Candida rugosa e o extrato enzimático proveniente de semente de mamona foram testados como catalisadores. Os resultados mostraram bom desempenho das lipases microbianas destacando a lipase proveniente de Candida rugosa que apresentou conversões de 77% resultando em um hidrolisado com 93% ácidos graxos livres (AGL) em 8h de reação utilizando o óleo de amêndoa de macaúba com acidez de 37mgKOH/g nas seguintes condições reacionais: 40ºC, pH 7,0, agitação de 1000rpm e concentração de biocatalisador de 2908 U/g de substrato. O extrato enzimático proveniente de mamona também apresentou bom desempenho fornecendo conversões de 56% na hidrólise de óleo de polpa de macaúba (63 mgKOH/g) resultando em um hidrolisado com 83% de (AGL) em 4h, nas seguintes condições reacionais: temperatura de 35 ºC, pH 4,5, agitação de 1000rpm e concentração de catalisador de 23U/g de substrato. Nesta etapa do trabalho também foi investigado o emprego do ultrassom como potencializador. Os resultados mostraram que o uso do ultrassom proporcionou um aumento na conversão de hidrólise possibilitando o uso de óleo de polpa com acidez mais elevada (72 mgKOH/g). Para a etapa de esterificação o ácido fosfotungístico (HPW) impregnado em óxido de nióbio (Nb2O5) foi utilizado como catalisador. De acordo com as condições de esterificação estabelecidas por planejamento fatorial (250ºC, agitação de 700 rpm, razão molar hidrolisado etanol de 1:40 e 15% de catalisador) conversões médias da ordem de 97% foram obtidas. A caracterização do produto final atendeu às especificações da ANP (Resolução 14/2015) com relação ao teor de ésteres e viscosidade, confirmando o potencial deste processo na produção de biodiesel.
Título em inglês
Production of biodiesel from macaw palm oil with high acidity employing hydroesterification process
Palavras-chave em inglês
Biodiesel
esterification
hydroesterifacion
hydrolysis
macaw oil
Resumo em inglês
The hydroesterification process has been investigated as an alternative to alcaline transesterification. This process consists of two associated steps, the hydrolysis step in which the triacylglycerol molecules are hydrolyzed to the respective acids, resulting in glycerol as a by-product and then the esterification step in which the fatty acids obtained in the first step are esterified with the desired alcohol. This process favors the use of raw materials with any content of free fatty acids and moisture, which may represent the reduction of production cost. The macaw palm(Acronomia aculeata) has a high yield in oil (4000L/ of oil per hectare per year) and from its fruits are extracted oils rich in oleic acid and palmitic . Due to its composition, macaw oil stands out as a promising raw material for biodiesel production. However, its oil presents high acidity and cannot be used feedstock for biodiesel production by a conventional alkaline route In this context, this work has as main objective to establish the hydroesterification process to enable the use of this raw material. In the first step of the hydrolysis process, the microbial lipases from Rhizophus oryzae, Candida rugosa and vegetable lipase extract from castor bean has been studied as catalysts. The results showed good performance of the microbial lipases, highlighting the lipase from Candida rugosa that presented conversions of 77% resulting in a hydrolyzate with 93% free fatty acids (FFA) in 8 hours of reaction using the macaw oil with acidity of 37mgKOH/g under the following reaction conditions: 40°C, pH 7.0, stirring at 1000 rpm and biocatalyst concentration of 2908U/ g of substrate. The enzyme extract from castor seed also showed good results with 56% conversions in the hydrolysis of macaw pulp oil (63mgKOH/g) resulting in a hydrolyzate with 83% (FFA) in 4h, under the following reaction conditions: temperature of 35ºC, pH 4.5, stirring at 1000 rpm and catalyst concentration of 23U/g of substrate. In this stage of the study, the use of ultrasound also was investigated. The results showed that the use of ultrasound provided an increase in hydrolysis conversion, allowing the use of pulp oil with higher acidity (72mgKOH/g). For the esterification step, phosphotungstic acid (HPW) impregnated with niobium oxide (Nb2O5) was studied as the catalyst. The esterification step employing HPW/Nb2O5 showed conversions of 97% under the reaction conditions of 250°C, stirring of 700 rpm, hydrolysed ethanol ratio of 1:40 and 15% of the catalyst. The characterization of the final product was in accordance with the ANP regarding the content of esters and viscosity, confirming the potential of this process in the production of biodiesel.
 
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BIT17005_O.pdf (5.93 Mbytes)
Data de Publicação
2018-06-08
 
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