REVISÃO DA APLICABILIDADE DE CATALISADORES SUPORTADOS EM ROTAS TECNOLÓGICAS PARA A PRODUÇÃO DE BIOCOMBUSTÍVEIS

Raimundo A S Filho¹, programa de pós-graduação em Química, Discente, Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará - Unifesspa, raimundofn@unifesspa.edu.br 

Silvio Alex Pereira da Mota, Programa de Pós-Graduação em Química-PPGQ, Dr. Eng. De Recursos Naturais, Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará – Unifesspa, silviomota@unifesspa.edu.br 

RESUMO: Entende-se biocombustível como toda matéria utilizada para geração de energia a partir de biomassa orgânica para uso em motores a combustão interna, seu uso visa a sustentabilidade ambiental e apresenta potencial para substituir de maneira substancial os combustíveis fósseis. Entre as matérias primas usadas para produção de biodiesel estão: amendoim, babaçu, beterraba, cana-de-açúcar, canola, dendê, girassol, resíduos agrícolas, milho, soja, mamona, pinhão manso, óleo de palma e trigo etc. Diversas são as rotas tecnológicas para a produção de biocombustíveis, dentre elas podemos destacar a esterificação, a transesterificação e o craqueamento, sendo este último a quebra de moléculas de triglicerídeos e formação de hidrocarbonetos na faixa da gasolina, do querosene e do diesel. Para tal é importante ressaltar o papel dos catalisadores, os quais podem ser classificados em metais, óxidos e sólidos ácidos-básicos, ou pode-se também classificar como mássicos, suportados e aglomerados. Neste trabalho apresenta-se um levantamento bibliográfico sobre catalisadores suportados e suas principais vantagens na produção de combustíveis alternativos do tipo Drop-in a parti de óleos residuais orgânicos. 

Palavras-chaves: Catalisadores; Biocombustíveis; Drop-in. 

INTRODUÇÃO 

A redução de emissões de poluentes devido ao apelo ambiental, automóveis movidos a etanol, biodiesel, híbridos ou totalmente elétricos, despontam como opções aos combustíveis baseados nos hidrocarbonetos. A indústria aeroespacial, também busca novas alternativas para se encaixar nesse novo padrão, o combustível Drop-in é sua aposta. Esse tipo de combustível por exemplo, mantém características idênticas ao querosene de aviação, obviamente, ele permite considerável reduções dos níveis de emissão de CO2, contudo, sem a necessidade de qualquer alteração na estrutura do motor, tanto no que diz respeito ao seu funcionamento e operação, quanto aos seus componentes (SOUZA et al., 2005). 

Combustíveis alternativos do tipo Drop-in ou fungíveis são hidrocarbonetos com alto teor de pureza, ou seja, formados basicamente por carbono e hidrogênio, funcionam de maneira análoga ao combustível de aviação derivado do petróleo, conforme determinado por critérios bem definidos nas especificações elaborados pelo comitê de normas da ASTM (RAMOS, 2017). 

Praticamente livres de enxofre e de aromáticos, resulta em drástica diminuição de emissões de partículas do exaustor. Além disso, combustíveis alternativos apresentam ótimas propriedades para baixa temperatura e baixo coeficiente de viscosidade em ambientes de menor temperatura. Suas propriedades térmicas também são intensificadas, alcançando aumento do tempo de vida útil do sistema de combustível, uma vez que não vai haver corrosão/contaminação (MABEE et al., 2005). 

Diferente de outros setores, a aviação por exemplo, requer um rigoroso controle de qualidade e segurança, apresenta características e condições extremas em que a combustão é submetida, todo o processo deve ser confiável e seguro, todos esses fatores limitam as opções de possíveis pretendentes, deve-se levar em conta também a logística, com relativo crescimento do setor que a médio e longo prazo leva ao aumento da demanda. A sociedade Americana de Testes de Materiais (ASTM), apresentou os métodos adequados e dentro dos padrões e normas para o desenvolvimento e produção de biocombustíveis de aviação, são basicamente, o método de Biomassa para Líquido, com o processo Fischer-Tropsch; e o de Ésteres e Ácidos Graxos Hidroprocessados (HEFA). 

Com relação as rotas tecnológicas de produção de biocombustíveis, a desoxigenação catalítica de ácido graxo tem apresentado relativo sucesso, pois os hidrocarbonetos obtidos são idênticos à fração parafínica do petróleo, contudo, livre de enxofre (BLAKEY et al., 2011). 

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 

2.1 BIOCOMBUSTÍVEL. 

Produzidos de forma sustentável, os biocombustíveis reduzem consideravelmente as emissões de CO2 em todo o seu ciclo da produção ao consumo. A Figura 1, mostra o ciclo de carbono para o biodiesel de forma geral. 

Figura 01: Ciclo do carbono no biocombustível. 

Fonte: ENVIRO.AERO 2011. 

Deve-se ressaltar que, os biocombustíveis detêm valores menores de impurezas, tais como o enxofre, o que leva uma redução na emissão de dióxido de enxofre e de fuligem, o biodiesel tem sido apontado como uma promissora aplicação na aviação, entretanto, até agora não tem tido sucesso, por ser composto por oxigênio, assim, falha em cumprir os requisitos para aplicação no ramo da aviação, o desenvolvimento e obtenção de moléculas com características físico-químicas semelhantes às frações encontradas no querosene de aviação tem sido estudada veementemente (ENVIRO.AERO 2011). 

2.1.1 Bioquerosene. 

Definido na Lei nº 12.490/2011 e pela resolução ANP nº 20 de 2013, o bioquerosene é tido como combustível derivado de biomassa destinado ao consumo em turbinas de aeronaves, desenvolvido e concebido dentro dos critérios regulamentares técnicos regidos pela ANP nº 01/2013. Entre várias vantagens, o bioquerosene apresenta menor teor de poluição em relação aos combustíveis de origem fóssil, mesmo produzindo dióxido de carbono, os biocombustíveis, em seu ciclo produtivo acaba reduzindo o nível de emissão devido a sua origem ser de plantas que absorvem parte do CO2 (ATAG, 2009). 

2.1.2 Diesel Verde 

O diesel verde é um biocombustível, o qual pode ser obtido através de diversas rotas tecnológicas, dentre elas, o craqueamento térmico catalítico. O diesel verde é um produto rico em hidrocarbonetos na faixa de C13 a C25 o pode ser obtido pelo processo de destilação na faixa de 235 a 400º C, sendo avaliado segundo as especificações estabelecidas na resolução ANP Nº 65 de 9/12/2011 – DOU 12/12/2011, para diesel derivado de petróleo. Deve-se ressaltar que, devido os hidrocarbonetos presentes no diesel verde apresentar um alto peso molecular, bem como dependendo da rota de produção, também pode apresentar compostos oxigenado, isso faz com que a importância dos catalisadores utilizados na reação de obtenção destes, tenham mais importância, uma vez que a qualidade está diretamente relacionada ao ponto ótimo de combustão por compressão, assim como pela ausência de compostos oxigenados (MOTA, 2014). 

2.1.3 Biocombustíveis de segunda geração 

Entendido como o biocombustível de primeira geração, são aqueles que tem sua produção a parti de tecnologias convencionais, e derivadas de culturas que também são utilizados como fonte de alimentação para seres humanos e animais. É importante ressaltar a importância dos com biocombustíveis de segunda geração. Estes são combustíveis que devem ser desenvolvidos com base em tecnologias alternativas, reduzindo custos e danos ambientais, e originados de matérias primas não alimentares. Estes oferecem opções de substituição dos combustíveis tradicionais de jatos, automotivos, além de se mostrar muito atrativo com relação a redução de custos (ENVIRO.AERO 2011). 

2.1.4 Sobre os Biocombustível Drop-in 

A busca e desenvolvimento de combustíveis do tipo Drop-in, é o principal foco de grande parte da indústria, plenamente aplicável em tecnologias atuais, caso necessário, pode ser transformado em soluções composta por querosene em proporções adequadas sem necessidade de modificação dos atuais motores de aeronaves e os meios de transporte e armazenamento (LLAMAS et al., 2012). 

2.2 CATALISADORES. 

A importância da catálise deve-se ao grande número de aplicações dos processos catalíticos, em particular na indústria química e petroquímica. Um catalisador é uma substância capaz de acelerar a velocidade em que se processam determinadas reações químicas sem sofrer alterações em sua microestrutura, mantendo-se regenerado ao final da reação. Estes podem ser classificados com catalisadores metálicos, óxidos e sólidos ácido-base, para catálise heterogênea, ou podem ser classificados como mássicos, suportados e aglomerados. 

2.2.1 Catalisadores Suportados 

Há variações de tipos de catalisadores que podem ser aplicados no desenvolvimento de biocombustível, seja por esterificação, transesterificação ou por craqueamento, seja aplicando a catálise homogênea ou heterogênea. Os catalisadores suportados, também chamados de catalisadores heterogêneos suportados que convertem ácidos graxos em ésteres alquílicos, ou em hidrocarbonetos, a fase ativa é dispersa em um suporte poroso que tem como finalidade aumentar a área de contato do agente ativo (FOGLER, 2009). 

Com cinética mais lenta os catalisadores suportados oferecem diversas vantagens, são facilmente retirados do meio da reação, é viável sua reutilização, sua aplicação elimina corrosões e reduz etapas de purificação. A obtenção de um produto com alto teor de pureza é o que mais chama atenção, entretanto, mesmo com todas essas vantagens, estudos mostram que a esterificação por exemplo, a parti de catalisadores homogêneos obtém cerca de 90% de rendimento na metade do tempo em relação ao uso de catalisadores suportados, isso se deve em muitos casos a resultados de área superficial e porosidade baixas, tais considerações limitam a acessibilidade das partículas de reagentes à grande parte de locais ativos devido ao contato consideravelmente baixo entre os locais ativos do catalisador e o reagente levando a um tempo prolongado de reação (ARANDA, SUAREZ, 2009). 

CONCLUSÃO 

Neste trabalho, pôde-se demostrar que os catalizadores suportados têm potencial em detrimento dos sistemas homogêneos amplamente utilizados na indústria do biodiesel. Concluímos que os catalizadores suportados oferecem vantagens como: levam a um considerável aumento nas perspectivas socioambientais em todo o processo produtivo; produto de alto teor de pureza, e como rota tecnológica na produção do biocombustível do tipo Drop-in que podem ser consumidos em motores com tecnologia atual sem a necessidade de modificações. 

REFERÊNCIAS 

Air Transport Action Group (ATAG). Beginners Guide to Aviation Biofuels. 2009; 

ARANDA, D. A. G.; SUAREZ, P. A. Z. Catalisadores Homogêneos e Heterogêneos para a Esterificação de Ácidos Graxos. Biodiesel,br, 2009. 

ASTM International. Standard specification for aviation turbine fuel containing synthesized hydrocarbons. Standard ASTM D7566. West Conshohocken, PA, 2011; 

ATASHI, H.; SIAMI, F.; MIRZAEI, A.A.; SARKARI, M. Kinetic study of Fischer- Tropsch process on titania-supported cobalt–manganese catalyst. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 16: 952–61, 2010; 

BLAKEY, S.; RYE, L.; WILSON, C.W. Aviation gas turbine alternative fuels: A review. Proceedings of the Combustion Institute. 33: 2863–85, 2011; 

ENVIRO.AERO. Beginner’s Guide to Aviation Biofuels. Edition 2, 2011; 

FOGLER, H. Scott. Elementos de engenharia das reações químicas. 4. ed. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2009. 

LECKEL, D. Diesel production in coal-based high-temperature Fischer-Tropsch plants using fixed bed dry bottom gasification technology. Fuel Processing Technology. 92: 959-69, 2011; 

LLAMAS, A.; AL-LAL, A.M.; HERNANDEZ, M.; LAPUERTA, M.; CANOIRA, L. Biokerosene from Babassu and Camelina Oils: Production and Properties of Their Blends with Fossil Kerosene. Energy & Fuels. 26: 5968−76, 2012A; 

MABEE, Warren E.; GREGG, David J.; SADDLER, John N. Assessing the emerging biorefinery sector in Canada. In: Twenty-Sixth Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals. Humana Press, 2005. p. 765-778. 

MOTA S. A. P.; MANCIO A. A.; LHAMAS D. E. L.; DE ABREU D. H.; DA SILVA M. S.; DOS SANTOS W. G. Production of green diesel by thermal catalytic cracking of crude palm oil (Elaeis guineensis Jacq) in a pilot plant. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, v. 110, p. 1-11, 2014. 

RAMOS, Luth Silva. Estudo para o desenvolvimento de um injetor jato-Y para misturas de combustíveis de aviação e biocombustíveis. 2017. 

SOUZA, Leonardo Studzisnki de et al. Hagadois Energia; viabilidade de uma empresa de Base Tecnológica. 2005.