BIODIESEL

1. BIODIESEL Estado-da-arte das Ações em P&D Realizadas na UFPR Luiz Pereira Ramos Centro de Pesquisa em Química Aplicada Departamento de Química, UFPR lramos@quimica.ufpr.br

2. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

3. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

4. UFPR Definição Substituto natural do óleo diesel que pode ser produzido a partir de fontes renováveis como óleos vegetais, gorduras animais e óleos utilizados para cocção de alimentos (fritura). Quimicamente, é definido como ésteres monoalquílicos de ácidos graxos derivados de lipídeos de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina, através da reação de triacilgliceróis com etanol ou metanol na presença de um catalisador ácido ou básico.

5. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

6. Preparo das sementes Farelo(1% óleo) Extração por solventes Esmagamento Torta (8% óleo) Pré-tratamento do óleo Pré-tratamento do óleo Transesterificação Transesterificação Seleção de matéria-prima Oleaginosa com 20% de óleo Oleaginosa com >40% de óleo

7. Agricultura familiar Unidades de pequeno porte (até 5000 L/dia), distribuídas estrategicamente e associadas a um sistema cooperativo que possa dar sustentação à produção, uso e comercialização do produto, além da destinação ou tratamento de efluentes. Oleaginosa com >40% de óleo Esmagamento Torta (8% óleo) Pré-tratamento do óleo Transesterificação

8. Escala de produção Unidades de 400 a 500 tpd Unidades de 1 a 5 tpd Plantas próximas aos centros de produção Plantas próximas aos centros de consumo

9. Principal desafio Produzir, em pequena escala, um produto de qualidade ANP a partir de óleos vegetais brutos ou pré-tratados, utilizando uma tecnologia simples, de fácil transferência para o setor produtivo e que não requeira mão de obra muito especializada Limitações:controle de qualidade(qualidade de matéria-prima e produtos), otimização de processo e uso alternativo de co-produtos PROCESSO

10. NaOH/KOH Glicerina Óleo vegetal Ésteres etílicos Etanol Sais minerais Ácidos graxos Ácido mineral Destinação de co-produtos Palm Desert, CA, USA

11. Destinação de co-produtos Ésteres, farelo ou torta, glicerina, ácidos graxos (sabões), sais inorgânicos (depende do catalisador alcalino) Glicerina Usos Alternativos da Glicerina, MCT, 2005

12. Indústria médico-farmacêutica • Indústria de cosméticos (emoliente) • Indústria química (“glicerolquímica”) • Solvente para tintas e vernizes • Lubrificante em diversas aplicações práticas • Compósitos (plásticos biodegradáveis) • Substrato para processos biotecnológicos Glicerina Destinação de co-produtos Ésteres, farelo ou torta, glicerina, ácidos graxos (sabões), sais inorgânicos (depende do catalisador alcalino) Usos Alternativos da Glicerina, MCT, 2005

13. Água • Metais pesados • Álcali livre ou sais dissolvidos • Componentes minoritários • Mono- e diacilgliceróis • Sabões • Ésteres monoalquílicos Destinação da glicerina CONTAMINAÇÕES

14. EXTRAÇÃO DO ÓLEO VEGETAL PRÉ-TRATAMENTO DO ÓLEO VEGETAL TRANSESTERIFICAÇÃO (ALCOÓLISE) PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL RECUPERAÇÃO DE SUB-PRODUTOS PROCESSO INVESTIMENTO DE CAPITAL

15. Destinação da glicerina Biogás Solução imediata adotada em várias unidades de produção para resolver o importante passivo ambiental gerado pelos efluentes da planta. Alternativa à geração de energia elétrica e produção de adubo para atividades horti- frutigranjeiras.

16. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

17. P&D no DQUI da UFPR • Etanólise do óleo de soja refinado (não desodorizado) e de óleos vegetais brutos (nabo forrageiro, milho, caroço de algodão e girassol) • Planejamentos experimentais de otimização • Redução da alcalinidade ao mínimo necessário • Obtenção de rendimentos próximos ao teórico • Aceleração e/ou indução da separação de fases • Substituição de NaOH por KOH • Redução do consumo de água durante a purificação

18. P&D no DQUI da UFPR • Etanólise do óleo de soja refinado (não desodorizado) e de óleos vegetais brutos (nabo forrageiro, milho, caroço de algodão e girassol) • Avaliação da estabilidade de ésteres preparados a partir de óleos brutos • Desenvolvimento de aditivos sintéticos para melhorar as propriedades de fluxo e estabilidade à oxidação • Investigação e controle da rancificação oxidativa e de suas possíveis implicações sobre a performance e durabilidade de motores

19. P&D no DQUI da UFPR • Desenvolvimento de catalisadores heterogêneos de alta eficiência para a (trans)esterificação de óleos vegetais e gorduras animais • Desenvolvimento de catalisadores inorgânicos como zeólitas, argilominerais funcionalizados e hidróxidos duplos lamelares • Resinas de troca iônica fortemente ácidas • Enzimas (lipases) imobilizadas em suportes orgânicos e inorgânicos

20. P&D no DQUI da UFPR • Utilização do glicerol para a produção de compósitos, blendas poliméricas biodegradáveis, polieletrólitos e insumos para indústria química • Produção de compósitos biodegradáveis a partir de amido, fibras naturais, cargas inorgânicas e glicerina • Produção de aditivos plastificantes para emprego na indústria de embalagens • Síntese de membranas poliméricas sulfônicas para aplicação como PEM em células a combustível • Modificação química por catálise heterogênea

21. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

22. P&D no DQUI da UFPR Produção de compósitos biodegradáveis a partir de amido, fibras naturais, cargas inorgânicas e glicerina • O amido não tem bom comportamento termoplástico e não apresenta boas propriedades mecânicas • Melhores propriedades podem ser obtidas em composições com plastificantes e materiais de reinforço, como fibras naturais e materiais particulados • O glicerol (>99%, p.a.) atua como bom plastificante, pois preserva a estrutura do amido sob condições de alto atrito e/ou agitação

23. P&D no DQUI da UFPR Produção de aditivos plastificantes para emprego na indústria de embalagens, em substituição aos materiais convencionais à base de ftalatos tóxicos ao manuseio • Glicerina pura ou ésteres de glicerina • Diferentes níveis do plastificante em PVC (5 a 70% de substituição de ftalatos) • Filmes obtidos a partir de soluções em ciclohexanona

24. http://celulasdecombustivel.planetaclix.pt/ P&D no DQUI da UFPR Síntese de novos materiais poliméricos para utilização como membranas trocadoras de prótons (PEM) em células a combustível Monômeros vinílicos derivados do glicerol podem gerar materiais poliméricos com variados teores de grupamentos hidroxila, cuja capacidade de absorção e retenção de água pode auxiliar no desenvolvimento da tecnologia PEMFC. A funcionalização e a diversidade estrutural destes monômeros permitirá inúmeras composições para a obtenção de copolímeros de estrutura e propriedades variadas.

25. TÓPICOS A SEREM ABORDADOS • Definição • Alcoólise ou transesterificação • Projetos em desenvolvimento na UFPR • Propostas de uso alternativo da glicerina • Compósitos biodegradáveis • Filmes para embalagens • Membranas poliméricas sulfonadas • Modificação química e enzimática • Apresentação da equipe

26. Apresentação do grupo EQUIPE Luiz Pereira Ramos Nádia Krieger Fernando Wypych Kestur Gundappa Satyanarayana Maria Aparecida F. César-Oliveira LABPOL Sonia Faria Zawadzki LABPOL Shirley Nakagaki Bastos LABIOIN Maria Rita Sierakowski BIOPOL Helena M. Wilhelm LACTEC

27. ALCOPAR – Associação dos Produtores de Açúcar e Álcool do Paraná IMCOPA – Indústria e Comércio de Óleos Vegetais COAMO – Cooperativa Agroindustrial Mourãoense FUNPAR – Fundação da Universidade Federal do Paraná PARCEIROS

28. Departamento de Química, UFPR lramos@quimica.ufpr.br