Aula 4 Tecnologias de produção de biodiesel a partir de microalgas MP

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Tecnologias de produção de Biodiesel a partir de Microalgas
Profa. Yordanka Reyes Cruz
Produção de Biocombustíveis 
para Motores Diesel e Turbinas Aeronáuticas
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Matéria – Prima
Biomassa úmida de microalgas
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Matéria - Prima
Biomassa úmida de microalgas
Biomassa úmida de 
Chlamydomonas sp.
Biomassa úmida de 
Monoraphidium sp. (MORF-1) 
Umidade após centrifugação ~ 90%
Teor Lipídico ~ 25% 
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Hidroesterificação in-situ da Biomassa úmida de microalgas
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Hidrólise dos triglicerídeos
Esterificação do ácido graxo
Hidroesterificação
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Hidroesterificação in-situ da Biomassa úmida de microalgas
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Condições Operacionais Hidroesterificação
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Hidrólise
Reator Parr Instruments Inc. – Modelo 4550 – Cap. 5 gal
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Separação das fases
Fração apolar fase superior líquida
Reação de hidrólise – Reator Parr
Extração dos Ácidos Graxos
Ácidos Graxos
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Fração apolar fase inferior líquida/sólido
Extração dos Ácidos Graxos
Ácidos Graxos
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Esterificação
Reator Parr Instruments Inc. – Modelo 4842 – Cap. 600 mL
Por cada 100 kg de Ácido Graxo
se adicionam 40 kg de Metanol 
 0,05 kg de ácido sulfúrico concentrado ou de ácido Metano sulfônico (QGP) 
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Biodiesel
Produto da etapa de Esterificação
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Perfil dos ésteres metílicos
Biodiesel Purificado
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Caracterização preliminar 
Biodiesel Purificado
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VANTAGENS 
 Produção de biodiesel a partir da biomassa úmida de microalgas;
 É uma rota já utilizada na produção de biodiesel a partir das matérias-primas convencionais.
DESVANTAGENS 
 Não é possível a extração e aproveitamento de subprodutos;
 Biomassa residual totalmente carbonizada;
 O Biodiesel produzido não cumpre com a especificação de qualidade em relação ao teor de éster.
Hidroesterificação in-situ da biomassa úmida de microalgas
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 Saponificação in-situ da biomassa úmida de microalgas com separação prévia dos antioxidantes – Acidulação - Esterificação
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Saponificação
Saponificação de Triglicerídeos
Saponificação de Ácidos Graxos 
Sabão
Ác. Graxo
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Acidulação do Sabão
Acidulação do Sabão
Sabão
Ác. Graxo
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Esterificação
Esterificação do ácido graxo
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Saponificação in-situ da Biomassa úmida de microalgas
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SAPONIFICAÇÃO
1h de reação a 80 ºC
CENTRIFUGAÇÃO
Hexano
Sabão
Fração Insaponificável (Antioxidantes (Carotenóides) + Hexano)
Evaporação de Solvente
Fração Insaponificável (Antioxidantes (Carotenóides))
Precisam ser purificados 
Hexano Recuperado
Produto da saponificação
Biomassa Residual com elevado teor de proteínas
SEPARAÇÃO
Hexano
Fração líquida saponificada
ACIDULAÇÃO
2h de reação a 80 ºC
H2SO4, calculado estequiometricamente para neutralizar a quantidade de KOH adicionada na saponificação
Produto da acidulação
LAVAGEM, SEPARAÇÃO, RECUPERAÇÃO DO HEXANO
 E SECAGEM
Água Destilada
Resíduo de ácido sulfúrico, água + K2SO4 
ESTERIFICAÇÃO
1h de reação a 200 ºC
Ácido Graxo
Álcool
Catalisador
Biodiesel
Água
Hexano Recuperado
Separação de ácidos graxos poli-insaturados
Ácidos Graxos poli-insaturados (DHA e EPA)
Biomassa úmida de microalgas com aprox. 90% de umidade 
3 litros de sln. hidroalcoólica de KOH ao 8% por cada 10 kg de biomassa úmida alimentada
Produção de hidrolisados protéicos
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Cálculo da quantidade estequiométrica de H2SO4
 usada na etapa de acidulação
1 mol de KOH ________ 56 g
X mol de KOH________240 g (quant. de KOH adicionada na saponificação)
mol de KOH= 4,29 mol (segundo reação há 2 mol de KOH por cada mol de H2SO4)
mol de H2SO4= mol de KOH/2 = 2,14 
1 mol de H2SO4 __________ 98 g de H2SO4
2,14 mol de H2SO4 ____ X g de H2SO4 
g de H2SO4 = 209,72 
Densidade = Massa/volume
Volume = Massa/Densidade
Volume = 209,72 g de H2SO4 / 1,84 g/cm3
Volume= 114 ml
2KOH + H2SO4 2H2O + K2SO4
Reação de Neutralização
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Produto da etapa de Saponificação
Sabão
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Insaponificável - Antioxidantes
Produto da etapa de Saponificação
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Ácidos Graxos
Produto da etapa de Acidulação
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Biodiesel
Produto da etapa de Esterificação
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Caracterização preliminar
Biodiesel 
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VANTAGENS 
 Produção de biodiesel a partir da biomassa úmida de microalgas;
 É possível a extração e aproveitamento de subprodutos (antioxidantes, carboidratos e biomassa residual rica em proteínas);
 O Biodiesel produzido cumpre com a especificação de qualidade em relação ao teor de éster. 
DESVANTAGENS 
 Elevado consumo de reagentes químicos.
 Saponificação – Acidulação - Esterificação
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 Rompimento celular da biomassa úmida de microalgas-
Esterificação -
Transesterificação
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Homogeneizador de Leite
Pulsos de pressão: 100 bar
Rompimento Celular
Rompimento 
Pressão 
Cisalhamento
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Rompimento Celular
Homogeneizador GreenTec
Pulsos de pressão: 100 bar
Rompimento 
Pressão 
Maior Cisalhamento
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Lipídeos
Biomassa residual
rico em proteínas
Fase aquosa
Extração da fração apolar
Fração Apolar
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Componentes da Fração Apolar
Li
 Glicerídeos;
 Ácidos Graxos;
 Hidrocarbonetos (Antioxidantes);
 Outros Hidrocarbonetos.
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Esterificação da Fração Apolar
Esterificação dos ácidos graxos
Depois da Esterificação os ácidos graxos são convertidos em ésteres (Biodiesel).
Os glicerídeos continuam sem se converter em Biodiesel, sendo necessária uma etapa de Transesterificação.
Os Hidrocarbonetos não reagem.
O produto da Esterificação precisa passar por uma etapa de secagem antes da Transesterificação.
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Transesterificação dos Glicerídeos
Matéria – prima com baixa acidez e baixo teor de água.
Depois da Transesterificação tem uma mistura de ésteres (Biodiesel)
+
Hidrocarbonetos que não reagem
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Biodiesel
Produto da etapa de Transesterificação
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Soja: 0 ºC
Sebo: 13 ºC
Caracterização preliminar
Biodiesel 
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VANTAGENS 
 Produção de biodiesel a partir da biomassa úmida de microalgas;
 Rompimento mecânico a frio, garantindo a integridade dos componentes da biomassa;
 É possível o aproveitamento de subprodutos (antioxidantes, carboidratos e biomassa residual rica em proteínas).
DESVANTAGENS 
 O Biodiesel produzido não cumpre com a especificação de qualidade em relação ao teor de éster.
Rompimento celular – Esterificação - Transesterificação
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Lipídeos
Biodiesel
US$ 100 – 500/kg
US$ 1-1.2/kg
US$ 1/kg
0.5-2%
40-60%
10-40%
Microalgas
Biodiesel
Biomassa úmida
Biomassa úmida
Biomassa seca
Saponificação – Acidulação - Esterificação
Transesterificação
Hidroesterificação
Proteínas
Antioxidantes e PUFAs (Omega 3 e Omega 6)
Biodiesel
Microalgas – Conceito de Biorrefinaria 
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BIOMASSA
Hidrólise
Açúcares
Saponificação
Insaponificáveis
Carotenóides
Biomassa residual
Proteínas
Acidulação do sabão
Ácidos graxos
Esterificação
Biodiesel
Integração dos processos
Etanol
PUFAs
Biomassa residual