Produção em escala industrial de ésteres metílicos a partir de matérias-primas de baixo custo utilizando enzima livre comercial

Abstract

A busca por fontes de energias alternativas e renováveis vem crescendo a cada ano, devido ao aumento da demanda energética mundial, e principalmente pelos impactos ambientais que as atuais fontes causam. Com isso a produção de combustíveis renováveis vem se destacando nos últimos anos, inicialmente com a grande produção de álcool, e mais recentemente com a inserção do biodiesel. Este biocombustível possui características semelhantes ao diesel de petróleo, com a vantagem de redução nos impactos causados ao meio ambiente, tornando-o uma alternativa sustentável de produção de energia. No processo atual de produção de biodiesel, a partir da catálise química homogênea básica, devem ser utilizadas matérias-primas refinadas, com baixos teores de ácidos graxos livres e umidade. Desta forma, concorrem diretamente com a indústria de alimentos, aumentando o preço e dificultando o retorno das indústrias produtoras de biodiesel. Neste contexto, este trabalho teve por finalidade a produção industrial de ésteres metílicos a partir de matériasprimas de baixo custo por via enzimática, utilizando como catalisador a enzima livre comercial Lipase NZ. Durante a realização do trabalho foram utilizadas matérias-primas com baixo valor agregado, sendo classificadas em quatro grupos. Inicialmente foi realizado o estudo de atuação da enzima Lipase NZ, onde se observou que esta não realiza a transesterificação dos triglicerídeos. A transformação da matéria graxa em éster metílico ocorre por meio de dois processos independentes, a hidrólise dos mono-, di- e triacilgliceróis em ácidos graxos livre e a esterificação destes em ésteres metílicos. Posteriormente foram realizados ensaios em escala laboratorial (shaker) e piloto (reator de 1 m3), em modo batelada alimentada, onde foram definidas as variáveis de processo para as quatro classes de matérias-primas utilizadas. A partir do estabelecimento das variáveis em laboratório, e confirmadas em escala piloto, foram realizados experimentos em escala industrial utilizando reator de 90 m3, obtendo-se bons resultados. Para a matéria-prima I obteve-se 95,6 % de conversão do ácido graxo livre inicial e 0,16 % massa de glicerina combinada, em 12 horas de reação, para a matéria-prima II a acidez final ficou em 5,06 % e a glicerina combinada em 0,22 % massa em 42 horas de processo, para a matéria-prima III obteve-se 3,43 % de acidez final e 0,20 % massa de glicerina combinada em 24 horas de reação e para a matéria-prima IV o teor final de acidez ficou em 3,51 % e a glicerina combinada 0,22 % massa, com 27 horas de processo. Desta forma, a produção industrial de ésteres metílicos, por via enzimática e com o 2 emprego de matérias-primas graxas residuais, se mostra como alternativa promissora ao processo de produção de biodiesel atualmente utilizado.

Abstract : The search for alternative and renewable energy sources is growing every year, due to the increase in world energy demand, and especially the environmental impacts that the current sources cause. With this, the production of renewable fuels has been highlighting in recent years, initially with the large production of alcohol, and more recently with the insertion of biodiesel. This biofuel has characteristics similar to petroleum diesel, with the advantage of reducing the impacts caused to the environment, making it a sustainable alternative of energy production. In the current process of biodiesel production, from basic homogeneous chemical catalysis, refined raw materials must be used, with low levels of free fatty acids and moisture. In this way, they compete directly with the food industry, increasing the price and hindering the return of the industries producing biodiesel. In this context, the purpose of this work was the industrial production of methyl esters from inexpensive raw materials by enzymatic route, using the commercial free enzyme Lipase NZ as a catalyst. During the work, raw materials with low added value were used, being classified into four groups. Initially the study of the performance of the enzyme Lipase NZ was performed, where it was observed that it does not transesterify the triglycerides. The transformation of the feedstock into methyl ester occurs by means of two independent processes, the hydrolysis of mono-, di- and triacylglycerols into free fatty acids and the esterification thereof into methyl esters. Subsequently, laboratory-scale (shaker) and pilot (1 m3 reactor) tests were performed in a batch mode, where the process variables were defined for the four classes of raw materials used. From the establishment of the variables in the laboratory, and confirmed in a pilot scale, industrial scale experiments were carried out in a 90 m3 reactor, obtaining good results. For the feedstock I, 95.6 % conversion of the initial free fatty acid and 0.16 % mass of the glycerin combined were obtained in 12 hours of reaction, for the feedstock II splitting the final acidity was 5.06 % and the glycerin combined in 0.22 % mass in 42 hours of the process, for the feedstock III, 3.43 % final acidity and 0.20 % mass glycerin combined were obtained in 24 hours of reaction and for the feedstock IV the final acidity content was 3.51% and the glycerin combined 0, 22 % mass, with 27 hours of process. In this way, the industrial production of methyl esters, by enzymatic route and with the use of residual greasy raw materials, is shown as a promising alternative to the process of production of biodiesel currently used.