Desenvolvimento de catalisadores derivados de compostos naturais e residuais para a produção de biodiesel

As fontes alternativas e sustentáveis de energia têm ganhado espaço no quadro econômico atual, principalmente devido ao alto preço e futuro esgotamento das fontes de combustíveis fósseis. Inúmeras são as alternativas energéticas, dentre elas, uma que tem se destacado no mercado é o biodiesel, visto que suas características intrínsecas são ambientalmente amigáveis e muito similares ao diesel derivado do petróleo. Existem diversas formas de obtenção do biodiesel, sendo as mais importantes: as reações de transesterificação de triacilglicerídeos e de esterificação de ácidos graxos livres (AGLs). Ambos os substratos, triacilglicerídeos e AGLs, podem ser encontrados em óleos vegetais, gordura animal, borra ácida, óleos residuais, etc. Para que a produção de biodiesel ocorra de forma eficiente, as reações de transesterificação e esterificação necessitam da presença de um catalisador. A catálise homogênea básica é a forma mais utilizada de obtenção do biodiesel, porém existem restrições quanto a concentração de água e AGLs, ambos encontrados em matérias-primas mais baratas, como óleos residuais. Além disso, os catalisadores normalmente utilizados (e.g., NaOH, KOH, etc.) são agressivos ao meio ambiente e necessitam de uma etapa de neutralização. A utilização de substratos de descarte é essencial para que a produção de biodiesel se enquadre no contexto sustentável. Catalisadores heterogêneos têm se mostrado eficientes em reações de esterificação de AGLs e de transesterificação de óleos residuais, além de serem reutilizáveis e não requererem etapa de neutralização após a reação. O objetivo deste trabalho foi desenvolver catalisadores heterogêneos ácidos e básicos derivados de compostos naturais ou residuais. Foram utilizados os seguintes materiais: glicose e cinzas de casca de arroz (CCA), como matéria prima para catalisadores ácidos, e casca de ovo, para o desenvolvimento de um catalisador heterogêneo básico. A glicose foi submetida à pirólise controlada, a fim de se obter um composto contendo lâminas de anéis aromáticos. Os dois materiais, glicose pirolisada e casca de arroz carbonizada (CCA) foram submetidos ao processo de sulfonação e aplicados nas reações de obtenção de biodiesel, onde apresentaram taxas de conversão acima de 90%. Já o catalisador heterogêneo básico foi preparado mediante a calcinação da casca de ovo vermelho, que após ativação com um promotor, KF, apresentou taxa de conversão em biodiesel acima de 80%. _________________________________________________________________________ ABSTRACTThe alternative and sustainable energies have gained more importance in the contemporary economic context, mainly because of the high price and future depletion of fossil fuel sources. There are innumerous energetic alternatives and, among them, biodiesel stands out in the market since its intrinsic properties are environmentally friendly and very similar to petroleum-based diesel. There are several routes for biodiesel production and the most important are: the transesterification of triacylglycerides and esterification of free fatty acids (FFAs). Both substrates, triglycerides and FFAs, can be found in vegetable oils, animal fat, acidulated soapstock, residual oils, etc. For the efficient production of biodiesel, the transesterification and esterification reactions require the presence of a catalyst. The homogeneous basic catalysis is the most used method to obtain biodiesel, but there are restrictions about the concentration of water and FFAs, common compounds found in cheap raw materials, such as wasted oils. In addition, the catalysts normally used (e.g., NaOH, KOH, etc.) are aggressive to the environment and need a neutralization step. The use of wasted raw materials is essential to put the production of biodiesel within the sustainable perspective. Heterogeneous catalysts have proven to be quite efficient in the esterification reaction of FFAs and in the transesterification reaction of residual oils, they are also reusable and do not require a neutralization step after reaction. The aim of this study was to develop acid and basic heterogeneous catalysts derived from natural or residual compounds. The materials used were: glucose and rice husk ash (RHA) as raw material for acid catalysts and egg shells as raw material for basic catalysts. Glucose was submitted to controlled pyrolysis in order to obtain a compound with aromatics sheets. Both materials, pyrolyzed glucose and burnt rice husk (RHA), were submitted to a sulfonation process and applied in the reactions to obtain biodiesel, showing conversion rates above 90%. The basic heterogeneous catalyst was synthesized by calcination of red egg shells, which after activation with a promoter, KF, presented conversion rate above 80%