Produção de biodiesel em escala piloto via hidroesterificação enzimática
View/ Open
Date
2021-02-19Primeiro coorientador
Tres, Marcus Vinicius
Primeiro membro da banca
Mazutti, Marcio Antonio
Segundo membro da banca
Zabot, Giovani Leone
Terceiro membro da banca
Ketzer, Felipe
Quarto membro da banca
Oliveira, José Vladimir de
Metadata
Show full item recordAbstract
O relatório “State of the Climate” divulgado pela Organização Meteorológica Mundial na 25ª Conferência Sobre Mudanças Climáticas destaca que 2019 encerra uma alarmante década em relação ao aumento histórico da temperatura média do planeta e recorde na elevação do nível do mar. Tais problemas ambientais foram potencializados pela emissão de gases de efeito estufa expelidos principalmente da queima de combustíveis de origem fóssil em motores à combustão interna. Neste contexto, o biodiesel (ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos de cadeia longa) se consolidou na matriz energética mundial como uma alternativa ao seu similar derivado do petróleo, tornando-se um componente indispensável à ser misturado com o diesel para fins de comercialização. Dentre as distintas formas de sintetizar biodiesel, a aplicação de lipases em formulação líquida como catalisador da reação possui potencial para tornar o processo mais econômico, competitivo e sustentável em comparação ao uso da enzima imobilizada. No entanto, apesar dos benefícios, os longos tempos de reação necessários para atingir satisfatórios rendimentos bem como o efeito desnaturante do metanol (principal reagente da reação) sobre a enzima ainda são desvantagens do processo. Diante do exposto, esta tese teve por objetivo avaliar o processo de obtenção de biodiesel via hidroesterificação enzimática mediada por duas enzimas solúveis: Eversa® Transform e a recentemente lançada lipase termoestável Eversa® Transform 2.0 (também conhecida como NS 40116), ambas obtidas do microrganismo Thermomyces lanuginosus e fornecidas pela Novozymes A/K. Para isto, diferentes matérias-primas foram empregadas: óleo de soja degomado (principal matéria-prima utilizada industrialmente para produção de biodiesel), sebo de carne e óleo de cozinha usado de elevada acidez. Ensaios preliminares utilizando a lipase Eversa® Transform demonstraram que diferentes estratégias de alimentação dos insumos (enzima e álcool) à reação impactam consideravelmente no rendimento. A 35 °C, razão molar entre metanol e substrato (sebo) de 4,5:1, com alimentação do álcool à fluxo constante de 3,0 g∙h-1, 1,0 m% de lipase, 6,0 m% de água e 8 h de reação, 85,08 % de rendimento de FAME foi obtido, um valor interessante mas aquém do exigido por normas regulamentadoras. Assim, melhorias no processo se fizeram necessárias. Para isto, uma proposta de configuração em dois estágios reacionais mostrou-se efetiva em alavancar a produtividade do processo: utilizando-se 0,70 m% da lipase NS 40116, 35 °C, relação molar total entre metanol e substrato de 6,3:1 e 8,0 m% de água, 97,1 % de rendimento de FAME foi alcançado em 8 h de reação. Tal rendimento é similar ao obtido por pesquisas similares que necessitaram de até 24 h de reação em um estágio reacional único, demonstrando que a configuração proposta é uma opção atraente para o processo. Assim, com os parâmetros reacionais para o processo em dois estágios otimizados via planejamento experimental, partiu-se para avaliação da rota biotecnológica em escala superior à laboratorial. Utilizando-se de uma unidade piloto com 60 L de capacidade de produção, óleo de cozinha usado como matéria-prima e com as condições reacionais encontradas previamente em laboratório, 96,2 % de rendimento de FAME foi alcançado. Ainda com estes resultados, foi proposto um modelo de pseudo-primeira ordem para ajuste dos dados experimentais, onde uma taxa reacional aparente (kApp) de 0,373·h-1 foi obtida. Além disso, uma análise econômica indicou a viabilidade do sistema por meio de um retorno líquido positivo e custo operacional de US$ 0,50∙kg-1 de biocombustível. Estas informações serviram para concluir que a hidroesterificação enzimática catalisada por lipases líquidas possui as ferramentas necessárias para ser implementada na produção industrial de biodiesel.
Collections
The following license files are associated with this item: