Production of ethyl biodiesel by enzimatic catalysis and improvement of their cold flow properties

Orientadores: Guilherme José Maximo, Klicia Araujo SampaioDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: As alternativas tecnológicas para a produção de biodiesel têm sido recorrentes. Algumas têm a finalidade de mitigar problemas operacionais dos processos tradicionais de produção, enquanto outras seguem a tendência de melhorar a qualidade do biocombustível. Neste contexto, este trabalho avaliou 2 alternativas tecnológicas de produção e melhoria da qualidade do combustível: i) Catálise com lipase B de Candida Antartica imobilizada (Novozym® 435) usando etanol em substituição ao metanol, na produção de biodiesel etílico de óleo de soja e banha de porco; ii) Formulação de blends de biodiesel de óleo de soja, palma, macaúba e sebo bovino para melhoria das propriedades de escoamento à frio. A melhor condição experimental para a produção de biodiesel de óleo de soja (também aplicada à banha) foi: razão molar óleo: etanol 1:4,5, 10% de enzima (m/m de óleo), 50°C, 8 horas de processo. A concentração de ésteres etílicos do produto final para o óleo de soja foi de 96,7% e para a banha foi de 67,0 %. No caso do uso de óleo de soja o produto pós catálise já atende a legislação brasileira para as propriedades de índice de acidez, concentração de ésteres, teor de água e ponto de escoamento de filtro à frio, o que não é o caso da banha. Entretanto, são necessárias etapas de purificação posteriores para atender aos padrões de concentração. Para o estudo da melhoria das propriedades de escoamento a frio, curvas de frações de sólidos, pontos de névoa (PN) e de entupimento de filtro a frio (PEFF) de diversos blends foram analisados a partir de dados obtidos por calorimetria diferencial exploratória. Biodieseis com alta concentração de ésteres graxos de cadeia média, como o de óleo de amêndoa de macaúba e palmiste exibem rápida transição de fases e em menores temperaturas. Deste modo, apresentam vantagens operacionais a temperaturas ambientes mais baixas quando puros (B100) ou quando em misturas, pois reduzem a fração de sólidos, o PN e o PEFF de biodieseis com altas temperaturas de fusão/cristalização. Este trabalho mostrou que a catálise heterogênea com Novozym® 435 é eficaz para produção de biodiesel etílico de óleos similares a soja, desde as desvantagens econômicas sejam mitigadas. Mostra ainda que a redução das propriedades de escoamento a frio de biodieseis de relevância econômica, como soja e o sebo podem ser obtida por misturas com biodieseis de óleos alternativos, como amêndoa de macaúba e palmisteAbstract: The technological innovations for the production of biodiesel are recurrent. Some are intended to mitigate operational problems of traditional production processes, whist others are intended to improve the quality of biofuels. In this context, this work evaluated two technological alternatives for the production and improvement of this biofuel quality: i) Catalysis with immobilized Candida Antartica Lipase B (Novozym® 435) using ethanol instead of methanol, in the production of ethyl biodiesel from soybean oil and lard; ii) Formulation of biodiesel blends of soybean oil, palm oil, macaúba oil and tallow to improve the cold flow properties. The best experimental condition for the production of soybean oil ethyl biodiesel (also applied to lard) was: oil molar ratio: ethanol 1: 4.5, 10% enzyme (w/w oil), 50 °C , 8 hours. The concentration of ethyl esters of the final product for soybean oil was 96.7% and for lard was 67.0%. In the case of the use of soybean oil the post catalysis product already attends the Brazilian legislation for acidity index, ester concentration, water content and cold flow properties. However, further purification steps are required to attend the concentration standards. For the study of the improvement of the cold flow properties, curves of solid fractions, cloud points (CP) and cold filter plugging points (CFPP) of several blends were analyzed from data obtained by differential exploratory calorimetry. Biodiesel with high concentration of medium chain fatty esters such as macaúba and palm kernel oil exhibit rapid phase transition and lower melting/crystallization temperatures. Thus, they present operational advantages at lower ambient temperatures or when in blends, as they reduce the solid fraction, CP and CFPP of biodiesels with high melting/crystallization temperatures. This work showed that the heterogeneous catalysis with Novozym® 435 is effective for the production of ethyl biodiesel from oils similar to soybean oil, provided that economic disadvantages are mitigated. It also showed that the reduction of cold flow properties of economically relevant biodiesels, such as soybean and tallow, could be obtained by blending it with biodiesels from alternative oils, such as macaúba and palm kernel oilsMestradoEngenharia de AlimentosMestra em Engenharia de Alimentos001CAPE