Produção de ésteres metílicos a partir de óleo de macaúba bruto (Acrocomia aculeata) empregando enzima livre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2016.A energia consumida no mundo é obtida principalmente de combustíveis fósseis: petróleo, gás natural e carvão mineral. Estas fontes são grandes poluidoras do meio-ambiente além de causarem danos à saúde humana e serem não renováveis, ocorrendo riscos de escassez. Os biocombustíveis surgem como uma alternativa para a produção de energia limpa e renovável. Neste trabalho estudou-se a produção de biodiesel enzimático a partir de óleo de polpa de macaúba bruto, utilizando a enzima livre Novozymes® NS-40116, como catalisador. Dois planejamentos experimentais foram realizados na forma de Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) e, após a determinação de quais variáveis influenciam significativamente na produção dos ésteres metílicos, duas cinéticas foram realizadas para avaliar o andamento da reação. As variáveis analisadas inicialmente foram temperatura (35 a 55 ºC), razão molar óleo:álcool (1:3 a 1:9), concentração de enzima (0,05 a 0,85% m/m) e teor de água adicionada (0 a 4% m/m). As reações de produção dos ésteres metílicos ocorreram em batelada sob agitação constante de 250 rpm e o melhor resultado foi obtido quando se trabalhou com temperatura de 40 ºC, razão molar óleo:álcool de 1:4,5, concentração de catalisador de 0,65% m/m e teor de água de 1% m/m, nessas condições o teor de ésteres produzidos foi de 84,78% no produto final. Observou-se que é possível produzir biodiesel na presença de água, via hidroesterificação, com custo reduzido através do óleo de macaúba bruto, utilizando catalisador enzimático. As cinéticas foram realizadas na temperatura de 45 ºC, razão molar óleo:álcool de 1:4,5 e teor de água de 1,3% m/m. Valores finais similares foram obtidos mesmo com grandes diferenças na concentração da enzima (0,25 e 1% m/m). Observou-se que ocorre uma grande redução na acidez inicial, o que significa que a enzima utilizada é capaz de esterificar os ácidos graxos livres presentes na matéria-prima. Sugere-se a realização de reações utilizando baixas concentrações de enzima, aproximadamente 0,25% m/m, durante intervalos de tempo de até 16 h, para tornar o processo viável economicamente. Conclui-se que a produção enzimática de ésteres metílicos com óleo de macaúba bruto traz bons resultados e representa uma alternativa promissora para produção de biodiesel utilizando matérias-primas menos nobres e mais baratas do que as utilizadas atualmente pela indústria.Abstract : The energy consumed in the world is obtained mainly from fossil fuels: oil, natural gas and coal. These sources are major polluters of the environment as well as cause harm to human health and are non-renewable, occurring shortage risks. Biofuels emerge as an alternative to the production of clean and renewable energy. In this work we studied the enzymatic production of biodiesel from raw macauba pulp oil using the free enzyme Novozymes® NS-40116, as a catalyst. Two experimental designs were conducted in the form of Rotational Central Composite Design (RCCD) and, after determining which variables influence significantly the production of methyl esters two kinetics were performed to assess the progress of the reaction. The variables analyzed were initially temperature (35 to 55 ºC) molar ratio of oil:ethanol (1:3 to 1:9), enzyme concentration (0.05 to 0.85% w/w) and the water content (0 to 4% w/w). The production of methyl esters reactions occurred in batch under constant agitation of 250 rpm and the best result was obtained when working with a temperature of 40 °C, molar ratio oil:alcohol of 1:4.5, catalyst concentration 0.65% w/w and water content of 1% w/w, these conditions produced the ester content was 84.78% in the final product. It was observed that it is possible to produce biodiesel in the presence of water via hydroesterification with reduced cost through macauba crude oil using enzymatic catalyst. The kinetics were performed at 45 °C temperature, molar ratio of oil:alcohol of 1:4.5 and water content of 1.3% w/w. Similar final values were obtained even with large differences in the enzyme concentration (0.25 to 1% w/w). It was observed that there is a great reduction in the initial acidity, which means that the enzyme used is able to esterify the free fatty acids present in the feedstock. It is suggested carrying out reactions using low enzyme concentrations, approximately 0.25% w/w during time intervals up to 16 h, to make the process economically viable. It was concluded that the enzymatic production of methyl esters with crude oil macauba brings good results and is a promising alternative for biodiesel production using raw materials less noble and cheaper than currently used by the industry