Síntese do biodiesel através da transesterificação metílica via catálise homogênea básica

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Biodiesel é o combustível derivado de óleos vegetais ou de gordura animal que pode substituir total ou parcialmente o óleo diesel derivado de petróleo. Pode ser obtido por diferentes processos, como craqueamento, transesterificação ou esterificação, tendo glicerina como subproduto.¹
No presente resumo será apresentada a síntese do biodiesel através do processo de transesterificação metílica via catálise homogênea. Bem como os problemas recorrentes à esse tipo de catálise e uma possível catálise, no caso da catálise heterogênea, que pode solucionar esses interferentes.
O biodiesel é constituído por ésteres metílicos ou etílicos de ácidos graxos, que podem ser obtidos a partir da síntese de transesterificação dos triglicerídeos com álcool metanol ou etanol. Transesterificação é uma classe de reações orgânicas na qual um éster é transformado em outro.
No processo de transesterificação para obtenção do biodiesel, o triglicerídeo reagem com um álcool que pode ser o metanol ou etanol, na presença de um catalisador, no caso da catálise homogênea básica, é utilizado KOH ou NaOH, formando uma mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos e glicerol, (figura 1). O processo ocorre em três etapas reversíveis e consecutivas, onde os monoglicerídeos e os diglicerídeos são os intermediários da reação. Na reação são necessários três mols de álcool para cada mol de triglicerídeo, como se trata de uma reação reversível, é utilizado álcool em excesso para deslocar o equilíbrio para o lado dos produtos, aumentando o rendimento de ésteres. A glicerina é recuperada e utilizada em processos industriais.
 O uso de catalisadores tem como objetivo aumentar a velocidade da reação, sem que a substância seja consumida, entretanto, nas reações de transesterificação os catalisadores não são totalmente recuperados.
O uso da catálise homogênea básica é preferível em processos industriais, pois o rendimento da transesterificação é maior, independente temperatura, é mais rápida, quando comparada com a catálise homogênea ácida, além dos catalisadores alcalinos serem menos corrosivos que os catalisadores ácidos. “O primeiro passo é a reação da base com álcool, produzindo o catalisador protonado e um alcóxido. O ataque nucleofílico do alcóxido à carbonila do triglicerídeo gera um complexo intermediário tetraédrico a partir do qual um ânion do diglicerídeo e o éster monoalquílico são formados. Posteriormente, o catalisador é desprotonado, formando o diglicerídeo, regenerando a espécie ativa que, então, reagirá com uma segunda molécula de álcool, iniciando outro ciclo catalítico. Dessa forma, diglicerídeos e monoglicerídeos são convertidos pelo mesmo mecanismo em uma mistura de ésteres monoalquílicos e glicerol.² (figura 2).
Entretanto este tipo de catalise em reações de transesterificação produzem sabão, devido a neutralização de ácidos graxos livres e pela saponificação dos glicerídeos ou dos ésteres monoalquílicos, dessa forma consomem o reagente, diminuindo o rendimento da reação.
Outra alternativa que pode ser utilizada na síntese de transesterificação para obtenção de biodiesel são catalisadores homogêneo ácido. Esse método pode ser empregado quando o óleo utilizado como matéria prima possui alto teor de ácidos graxos livres e água. Neste caso, os catalisadores utilizados são os ácidos de Bronsted. A transesterificação em meio ácido fornece alto rendimento em ésteres monoalquílicos, entretanto, necessita de uma grande razão molar álcool/óleo, além de ser lenta, sendo preciso longos períodos de síntese. (a figura 3 mostra o mecanismo de reação via catálise ácida).
Devido às interferências causadas pela catálise homogênea como reações secundárias, razão molar, maior número de etapas, possíveis corrosões no reator, estuda-se a probabilidade de se realizar este tipo de síntese via catálise heterogênea. A catálise heterogênea é uma alternativa que pode contornar os problemas apontados, uma vez que facilita a purificação dos ésteres monoalquílicos, permite a reutilização dos catalisadores e minimiza a geração de efluentes. Além disso, facilita consideravelmente a recuperação e a purificação da glicerina²
Dentre os catalisadores heterogêneos que podem ser utilizados na síntese de transesterificação para obtenção de biodiesel estão a classe das zeólitas, óxidos e sais inorgânicos, resinas trocadoras de íons, ácidos e bases orgânicos e materiais lamelares.