Biodiesel: história, propriedades, tipos, vantagens, desvantagens - Ciência - 2023

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o biodiesel É um combustível de origem natural obtido pela reação de óleos vegetais ou gorduras animais com álcoois de baixo peso molecular. Essa reação é chamada de transesterificação; ou seja, novos ésteres de ácidos graxos (também chamados de monoalquil ésteres) são formados a partir dos triglicerídeos originais.

Em outros contextos, em vez de usar a palavra 'transesterificação', diz-se que a biomassa está sujeita à alcoólise, porque está sendo tratada com álcoois; entre eles e predominantemente, metanol e etanol. O uso do metanol para produzir esse biocombustível é tão comum que é quase um sinônimo.

O biodiesel é uma alternativa verde para o uso de óleo diesel, diesel ou petrodiesel (destacando-se ainda mais que sua composição é composta por hidrocarbonetos de petróleo). No entanto, suas propriedades e qualidade em termos de desempenho em motores a diesel não diferem muito, portanto, os dois combustíveis são misturados em proporções diferentes.

Algumas dessas misturas podem ser mais ricas em biodiesel (B100, por exemplo) ou mais ricas em petrodiesel (com apenas 5-20% de biodiesel). Dessa forma, o consumo de diesel se espalha à medida que o biodiesel é introduzido no mercado; não sem antes superar uma série de problemas éticos, produtivos e econômicos.

Do ponto de vista simples, se o óleo pode ser obtido como um líquido capaz de queimar e gerar energia para movimentar máquinas, por que não um óleo de origem natural? No entanto, só isso não é suficiente: você deve receber tratamento químico se quiser competir ou acompanhar os combustíveis fósseis.

Quando esse tratamento é feito com hidrogênio, fala-se de um refinamento do óleo vegetal ou da gordura animal; seu grau de oxidação é baixo ou suas moléculas estão fragmentadas. Já no biodiesel, ao invés do hidrogênio, são usados álcoois (metanol, etanol, propanol, etc.).

História

Reação de transesterificação

A resposta ao primeiro problema que os biocombustíveis enfrentariam foi descoberta no passado. Em 1853, dois cientistas, E. Duffy e J. Patrick, conseguiram a primeira transesterificação de um óleo vegetal, mesmo muito antes de Rudolf Diesel iniciar seu primeiro motor de trabalho.

Nesse processo de transesterificação, os triglicerídeos de óleos e / ou gorduras reagem com álcoois, principalmente metanol e etanol, para dar origem a ésteres metílicos e etílicos de ácidos graxos, além do glicerol como produto secundário. Um catalisador básico como KOH é usado para acelerar a reação.

O ponto mais importante da transesterificação das gorduras é que oitenta anos depois, um cientista belga, chamado G. Chavanne, redirecionaria essa reação para diminuir a viscosidade alta e contraproducente dos óleos vegetais.

Rudolf Diesel e seu motor

O motor diesel surgiu em 1890, já no final do século XIX, em resposta às limitações dos motores a vapor. Ele reuniu tudo o que você queria de um motor: potência e durabilidade. Também funcionou com qualquer tipo de combustível; e para admiração do próprio Rudolf e do governo francês, ele poderia trabalhar com óleos vegetais.

Por serem fontes de energia dos triglicerídeos, era lógico pensar que, ao serem queimados, liberariam calor e energia capazes de gerar trabalho mecânico. A Diesel apoiou o uso direto desses óleos, pois saudou o fato de os agricultores poderem processar seus próprios combustíveis em locais distantes dos campos de petróleo.

O primeiro modelo funcional do motor diesel foi um sucesso quando foi apresentado em 10 de agosto de 1893, em Augusta, na Alemanha. Seu motor funcionava com óleo de amendoim, pois Rudolf Diesel acreditava firmemente que os óleos vegetais podiam rivalizar com os combustíveis fósseis; mas da mesma forma que foram processados grosseiramente, sem tratamentos subsequentes.

Esse mesmo motor que funcionava com óleo de amendoim foi revelado na Feira Mundial de Paris em 1900. No entanto, não chamou muita atenção porque a essa altura o óleo era uma fonte de combustível muito mais acessível e barata.

Petrodiesel

Após a morte de Diesel em 1913, o óleo diesel (diesel ou petrodiesel) foi obtido do refino de petróleo. E assim o modelo do motor diesel projetado para óleo de amendoim teve que ser adaptado e reconstruído para funcionar com esse novo combustível, que era menos viscoso que qualquer outro óleo vegetal ou de biomassa.

É assim que o petrodiesel foi imposto por várias décadas como a alternativa mais barata. Simplesmente não era prático semear grandes hectares de massas vegetais para coletar seus óleos, que no final, por serem tão viscosos, acabavam causando problemas para os motores e não igualavam o desempenho obtido com a gasolina.

O problema com esse combustível fóssil era que aumentava a poluição da atmosfera e também dependia da economia e da política das atividades petrolíferas. Dada a impossibilidade de recorrer a ele, em alguns contextos, óleos vegetais foram utilizados para mobilizar veículos pesados e máquinas.

Biocombustível na Segunda Guerra Mundial

Quando na Segunda Guerra Mundial o petróleo começou a escassear em decorrência do conflito, vários países acharam necessário recorrer novamente aos óleos vegetais; mas tiveram que lidar com os danos de centenas de milhares de motores devido à diferença de viscosidade que seu projeto não poderia tolerar (e menos ainda se tivessem água emulsificada).

Após a guerra, as nações mais uma vez se esqueceram dos óleos vegetais e retomaram a prática de queimar apenas gasolina e petrodiesel.

Nascimento do biodiesel

O problema da viscosidade foi resolvido em pequena escala pelo cientista belga G. Chavanne em 1937, a quem foi concedida uma patente por seu método de obtenção de ésteres etílicos de ácidos graxos a partir do óleo de palma tratado com etanol.

Pode-se dizer, portanto, que o biodiesel nasceu formalmente em 1937; mas seu plantio e produção em massa tiveram que esperar até 1985, realizado em uma universidade agrícola austríaca.

Ao submeter esses óleos vegetais à transesterificação, o problema da viscosidade foi finalmente resolvido, combinando com o petrodiesel em desempenho e até mesmo representando uma alternativa verde acima dele.

Propriedades

As propriedades do biodiesel dependem globalmente da matéria-prima com a qual foi produzido. Pode ter cores que vão do dourado ao marrom escuro, aspecto físico que depende do processo de produção.

Em linhas gerais, é um combustível com boa lubricidade, o que reduz o ruído do motor, prolonga sua vida útil e requer menos investimento para manutenção.

Possui ponto de ignição superior a 120ºC, o que significa que desde que a temperatura externa não ultrapasse esta, não há risco de incêndio; Não é o caso do gasóleo, que pode queimar até a 52ºC (muito fácil de conseguir para um cigarro aceso).

Devido à falta de hidrocarbonetos aromáticos como benzeno e tolueno, não representa risco carcinogênico em caso de derramamento ou exposição prolongada.

Da mesma forma, não possui enxofre em sua composição, portanto não produz gases poluentes SO₂ nem SO₃. Quando misturado ao diesel, confere um caráter lubrificante maior do que seus compostos naturais de enxofre. Na verdade, o enxofre é um elemento indesejável e, ao ser dessulfurado, o diesel perde a lubrificação que deve ser recuperada com biodiesel ou outros aditivos.

Obtenção e produção

O biodiesel é obtido a partir de óleos vegetais transesterificados ou gorduras animais. Mas qual de todos eles deve constituir a matéria-prima? Idealmente, aquele que gera maiores quantidades de óleo ou gordura em uma área de cultivo menor; que em termos mais adequados, seria o número de hectares que sua terra ocupa.

Um bom biodiesel deve vir de uma lavoura (grãos, sementes, frutas, etc.) que produz grandes volumes de óleo em pequenos campos; caso contrário, suas safras seriam obrigadas a cobrir países inteiros e não seriam economicamente viáveis.

Depois de coletada a biomassa, o óleo deve ser extraído por meio de processos infinitos; entre eles, por exemplo, está o uso de fluidos supercríticos para transportar e dissolver o óleo. Uma vez obtido o óleo, ele é submetido à transesterificação para reduzir sua viscosidade.

A transesterificação é obtida pela mistura do óleo com metanol e uma base em reatores descontínuos, seja sob ultrassom, fluidos supercríticos, agitação mecânica, etc. Quando o metanol é usado, os ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME) são obtidos: Éster Metílico de Ácido Graxo).

Se, por outro lado, o etanol for usado, serão obtidos ésteres etílicos de ácidos graxos (FAEE). São todos esses ésteres e seus átomos de oxigênio que caracterizam o biodiesel.

Metanol e glicerol

O metanol é o álcool predominantemente utilizado como matéria-prima na produção de biodiesel; e o glicerol, por outro lado, é um subproduto que poderia ser utilizado para apoiar outros processos industriais e, portanto, tornar a produção de biodiesel mais lucrativa.

O glicerol vem das moléculas de triglicerídeos originais, que são substituídas por metanol para criar três DMARDs.

Tipos de biodiesel

Diferentes óleos ou gorduras têm seus próprios perfis de ácidos graxos; portanto, cada biodiesel tem diferentes ésteres de monoalquil como resultado da transesterificação. Mesmo assim, uma vez que esses ésteres dificilmente diferem no comprimento de suas cadeias de carbono, os combustíveis resultantes não apresentam grandes oscilações entre suas propriedades.

Portanto, não há classificação para o biodiesel, mas sim uma eficiência e rentabilidade diferenciadas dependendo da fonte de óleo ou gordura que for selecionada para sua produção. No entanto, existem misturas biodiesel-petrodiesel, pois os dois combustíveis podem ser misturados e são miscíveis entre si, proporcionando suas qualidades benéficas ao motor.

Diz-se que o biodiesel puro é B100; o que equivale a 0% de petrodiesel em sua composição. Depois, há outras combinações:

- B20 (com 80% de petrodiesel).

- B5 (com 95% de petrodiesel).

- B2 (com 98% de petrodiesel).

Carros construídos antes de 1996 não podiam usar o B100 em seus motores sem ter que substituir certos componentes que se deterioravam devido à sua ação solvente. No entanto, ainda hoje existem modelos de automóveis que não permitem grandes concentrações de biodiesel nas garantias de fábrica, por isso recomendam o uso de misturas inferiores a B20.

Vantagem

Abaixo está o detalhamento de uma série de vantagens que o biodiesel tem sobre o petrodiesel e que o tornam uma alternativa verde e atraente:

- É obtido a partir da biomassa, matéria-prima renovável e muitas vezes perdida como resíduo.

- É biodegradável e não tóxico. Portanto, não poluirá os solos ou mares se for derramado acidentalmente.

- Seu alto ponto de fulgor torna mais seguro no armazenamento e transporte.

- Não produz gases de efeito estufa porque CO₂ liberado representa a mesma quantidade absorvida pelas plantas. Graças a isso, também está em conformidade com o protocolo de Kyoto.

- Estimula a atividade rural para o plantio de lavouras das quais é extraído o óleo vegetal.

- Pode até ser produzido a partir de óleo frito. Esse ponto o favorece muito porque o óleo reciclado, doméstico ou de restaurantes, em vez de ser descartado e poluir as águas subterrâneas, pode ser usado para produzir mais combustível verde.

- Representa uma forma de se tornar independente em longo prazo do petróleo e seus derivados.

- Deixa menos resíduos ao queimar.

- As algas bacterianas são, além das sementes de soja e girassol, uma fonte promissora de biodiesel não comestível (e indesejável para muitos).

Desvantagens

Nem tudo é perfeito com esse combustível. O biodiesel também apresenta limitações que devem ser superadas se for para substituir o diesel de petróleo. Algumas dessas limitações ou inconvenientes de seu uso são:

- Tem uma temperatura de solidificação mais elevada, o que significa que a baixas temperaturas se torna um gel.

- Seu poder solvente pode destruir a borracha natural e a espuma de poliuretano presentes nos carros montados antes de 1990.

- É mais caro que o petrodiesel.

- Aumenta os preços das safras e dos alimentos, pois incorporam valor agregado quando utilizados como matéria-prima do biodiesel.

- Dependendo da biomassa, pode necessitar de muitos hectares de cultivo, o que significaria a apropriação de ecossistemas alheios a este fim, e portanto afetaria a fauna silvestre.

- Embora não produza gases de enxofre durante a combustão, ele libera maiores concentrações de óxidos de nitrogênio, NO_x.

- Seriam utilizadas grandes quantidades de alimentos que, em vez de saciar a fome, seriam utilizados para a produção de biodiesel.

Referências

Wikipedia. (2019). Biodiesel.Recuperado de: en.wikipedia.org
Penélope. (28 de dezembro de 2011). Biodiesel: vantagens e desvantagens. Twenergy. Recuperado de: twenergy.com
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Biodiesel do Pacífico. (2019). Biodiesel. Recuperado de: biodiesel.com