Otimização na produção de biodiesel de óleo de palma utilizando a metodologia de superfície de resposta
DOI:
https://doi.org/10.5327/Z21769478825Palavras-chave:
ésteres metílicos; viscosidade de biocombustível; massa específica de biocombustível; eficiência de produção.Resumo
O objetivo deste trabalho foi analisar a produção de biodiesel de óleo de palma em diferentes condições e verificar as relações entre variáveis de produção para otimizar a produção de biocombustíveis usando a metodologia da superfície de resposta (response surface methodology – RSM). O biodiesel foi produzido através do processo de transesterificação via rota metílica e com catalisador alcalino (NaOH) a 1% (m/m). As variáveis analisadas foram: quatro razões molares (3:1, 4:1, 6:1 e 8:1); três temperaturas de reação (45°, 52° e 60°C) e três tempos de reação (40, 60 e 80 minutos). Para a produção de biodiesel de óleo de palma, o maior rendimento foi de 93%, obtido na razão molar de 3:1, 52°C e 60 minutos. Esse resultado difere de outros estudos que encontraram maior rendimento com o aumento da razão molar, implicando em maiores gastos com metanol. A viscosidade cinética e a massa específica também foram analisadas, e os valores estão dentro dos padrões brasileiro, americano e europeu. Os resultados mostraram que o fator mais influente na produção de biodiesel foi a razão molar. Em relação à caracterização do biodiesel, pela técnica de RMN 1H, foi possível obter o rendimento da reação de transesterificação de 79,50% para o biodiesel 3:1 de óleo de palma. Por meio da cromatografia gasosa, pode-se verificar que os ácidos graxos predominantes nas amostras foram os ácidos palmíticos e oleico.
Downloads
Referências
Abdullah; Sianipar, R.N.R.; Ariyani, D.; Nata, I.F., 2017. Conversion of palm oil sludge to biodiesel using alum and KOH as catalysts. Sustainable Environment Research, v. 27, (6), 291-295. http://dx.doi.org/10.1016/j.serj.2017.07.002
Ahiekpor, J.C.; Kuwornoo, D.K., 2010. Kinetics of palm kernel oil and ethanol transesterification. International Journal of Energy and Environment, v. 1, (6), 1097-1108.
Ali, E.N.; Tay, C.I., 2013. Characterization of biodiesel produced from palm oil via base catalyzed transesterification. Procedia Engineering, v. 53, 7-12. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2013.02.002
Ali, O.M.; Mamat, R.; Faizal, C.K.M., 2012. Palm biodiesel production, properties and fuel additives. International Review of Mechanical Engineering, v. 6, 1573-1580.
Ali, O.M.; Yusaf, T.; Mamat, R.; Abdullah, N.R.; Abdullah, A.A., 2014. Influence of Chemical Blends on Palm Oil Methyl Esters’ Cold Flow Properties and Fuel Characteristics. Energies, v. 7, (7), 4364-4380. https://doi.org/10.3390/en7074364
Alkabbashi, A.N.; Alam, Z.; Mirghani, M.E.S.; Al-Fusaiel, A.M.A., 2009. Biodiesel production from crude palm oil by transesterification process. Jurnal of Applied Sciences, v. 9, (17), 3166-3170. https://doi.org/10.3923/jas.2009.3166.3170
Ambat, I.; Srivastava, V.; Sillanpää, M., 2018. Recent advancement in biodiesel production methodologies using various feedstock: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 90, 356-369. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.069
American Society for Testing and Materials (ASTM). 2012. ASTM D 445: Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and Calculation of Dynamic Viscosity). American Society for Testing and Materials.
Anguebes-Franseschi, F.; Córdova-Quiroz, A.; Cerón-Bretón, J.; Aguilar-Ucan, C.; Castillo-Martínez, G.; Cerón-Bretón, R.; Ruíz-Marín, A.; Montalvo-Romero, C., 2016. Optimization of biodiesel production from African crude palm oil (Elaeis guineensis Jacq) with high concentration of free fatty acids by a two-step transesterification process. Open Journal of Ecology, v. 6, (1), 13-21. http://dx.doi.org/10.4236/oje.2016.61002
Avellaneda, F.A.V., 2010. Producción y caracterización de biodiesel de palma y de aceite reciclado mediante un proceso batch y un proceso continuo con un reactor helicoidal. Universitat Rouvira I Virgili (Accessed October 9, 2017) at: http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/8588/Tesi.pdf?sequence=1
Brasil. 1999. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Resolução RDC n° 482, de 23 de setembro de 1999. Dispõe sobre regulamento técnico para Fixação de Identidade e Qualidade de Óleos e Gorduras Vegetais. Diário Oficial da União.
Brasil. 2011. Lei n° 12.490, de 16 de setembro de 2011 (Accessed September 19, 2019) at: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2011-2014/2011/Lei/L12490.htm#art1
Brasil. 2014. Resolução ANP nº 45, de 25 de agosto de 2014. Especificação do Biodiesel (Accessed August 30, 2019) at: http://legislacao.anp.gov.br/?path=legislacao-anp/resol-anp/2014/agosto&item=ranp-45-2014
D’Agosto, M.D.A.; Silva, M.A.V.; Oliveira, C.M.; Franca, L.S.; Marques, L.G.; Murta, A.L.S.; Freitas, M.A.V., 2015. Evaluating the potential of the use of biodiesel for power generation in Brazil. Renewable and Sustainable Energy Review, v. 43, 807-817. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.055
Fagundes, C.A.M., 2011. Síntese e caracterização de biodiesel metílico e etílico a partir de blendas dos óleos de tungue e de soja. Dissertation, Mastering in Technological and Environmental Chemistry, Programa de Pós-Graduação em Química Tecnológica e Ambiental, Universidade Federal do Rio Grande, Porto Alegre.
Feng, Y.; Qiu, T.; Yang, J.; Li, L.; Wang, X.; Wang, H., 2017. Transesterification of palm oil to biodiesel using Brønsted acidic ionic liquid as high-efficient and eco-friendly catalyst. Chinese Journal of Chemical Engineering, v. 25, (9), 1222-1229. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2017.06.027
Feroldi, M.; Cremonez, P.A.; Estevam, A., 2014. Dendê: do cultivo da palma à produção de biodiesel. Revista Monografias Ambientais, v. 13, (5), 3800-3808. http://dx.doi.org/10.5902/2236130814674
Ferreira, D.F., 2014. Sisvar: a guide for its bootstrap procedures in multiple comparisons. Ciência e Agrotecnologia, v. 38, (2), 109-112. https://doi.org/10.1590/S1413-70542014000200001
Ge, J.C.; Kima, H.Y.; Yoon, S.K.; Choi, N.J., 2020. Optimization of palm oil biodiesel blends and engine operating parameters to improve performance and PM morphology in a common rail direct injection diesel engine. Fuel, v. 260, 116326. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116326
Gonçalves, M.; Silva, F.C.; Lopes Maria, A.C.; Souza, L.A.; Oliveira, P.O., 2019. Produção e caracterização de biodiesel produzido com óleos unitários e misturas binárias. Revista Brasileira de Ciências Ambientais (Online), (53), 33-50. https://doi.org/10.5327/Z2176-947820190426.
Guerrero-Peña, A.; Anguebes-Franseschi, F.; Castelán-Estrada, M.; Morales-Ramos, V.; Córdova-Quiroz, A.V.; Zavala-Loría, J.C.; Bolaños-Reinoso, E., 2013. Optimización de la síntesis de biodiésel a partir de aceite crudo de palma africana (Elaeis guineensis Jacq). Agrociencia, v. 47, (7), 649-659 (Accessed April, 2, 2020) at: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-31952013000700002&lng=en&nrm=iso
Issariyakul, T.; Dalai, A.K., 2014. Biodiesel from vegetable oils. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 31, 446-471. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.001
Khuri, A.I.; Mukhopadhyay, S., 2010. Response surface methodology. WIREs Computational Statistics, v. 2, (2), 128-149. https://doi.org/10.1002/wics.73
Kim, H.Y.; Ge, J.C.; Choi, N.J., 2019. Effects of Fuel Injection Pressure on Combustion and Emission Characteristics under Low Speed Conditions in a Diesel Engine Fueled with Palm Oil Biodiesel. Energies, v. 12, (17), 3264. https://doi.org/10.3390/en12173264
Kong, S.; Loh, S.; Bachmann, R.T.; Rahim, S.A.; Salimon, J., 2014. Biochar from oil palm biomass: A review of its potential and challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 39, 729-739. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.107
Kumar, A.; Shukla, S.K.; Tierkey, J.V., 2016. A Review of Research and Policy on Using Different Biodiesel Oils as Fuel for C.I. Engine. Energy Procedia, v. 90, 292-304. http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2016.11.197
Kuss, V.V.; Kuss, A.V.; Rosa, R.G.; Aranda, D.A.G.; Cruz, Y.R., 2015. Potential of biodiesel production from palm oil at Brazilian Amazon. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 50, 1013-1020. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.05.055
Lebid, T.; Henkes, J.A., 2015. Óleo de dendê na produção de biodiesel: um estudo de caso das vantagens e desvantagens econômica, ecológica e social da cultura desta oleaginosa para a produção de biodiesel. Revista Gestão Sustentabilidade Ambiental, v. 4, (1), 416-447. http://dx.doi.org/10.19177/rgsa.v4e12015416-447
Lima, L.S.; Barbosa, T.P.; Silva, L.F.B.; Santo Filho, D.M.E.; Castro, C.S.C.; Santos Júnior, J.J.P.; Siqueira, J.R.R.; Barbosa, A.P.F.; Marteleto, P.R.; Rodrigues, C.R.C.; Pereira, R.G., 2010. Biodiesel Density Characterization using a Pycnometer. In: Metrology Symposium, Santiago de Querétaro, 2010. Simposio de Metrología, p. 1-9.
Lôbo, I.P.; Ferreira, S.L.C.; Cruz, R.S., 2009. Biodiesel: parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Química Nova, v. 32, (6), 1596-1608. https://doi.org/10.1590/S0100-40422009000600044
Mancini, A.; Imperlini, E.; Nigro, E.; Montagnese, C.; Daniele, A.; Orrù, S.; Buono, P., 2015. Biological and Nutritional Properties of Palm Oil and Palmitic Acid: Effects on Health. Molecules, v. 20, (9), 17339-17361. https://doi.org/10.3390/molecules200917339
Marques, M.V.; Naciuk, F.F.; Mello, A.M.S.; Seibel, N.M.; Fontoura, L.A.M., 2010. Fatty ester content determination in soybean methyl biodiesel by gas chromatography using ethyl oleate as internal standard, v. 33, (4), 978-980. http://doi.org/10.1590/S0100-40422010000400039
Mekhilef, S.; Siga, S.; Saidurb, R., 2011. A review on palm oil biodiesel as a source of renewable fuel. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 15, (4), 1937-1949. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2010.12.012
Ong, H.C.; Mofijur, M.; Silitonga, A.; Gumilang, D.; Kusumo, F.; Mahlia, T., 2020. Physicochemical Properties of Biodiesel Synthesised from Grape Seed, Philippine Tung, Kesambi, and Palm Oils. Energies, v. 13, (6), 1319. https://doi.org/10.3390/en13061319
Paula, C.D.; Barros, F.J.S.; Correia, L.M.; Vieira, R.S., 2017. Avaliação de catalisador a base de conchas de ostras para a produção de biodiesel utilizando planejamento fatorial. Holos, v. 1, 316-324. https://doi.org/10.15628/holos.2017.5204
Porcayo-Calderon, J.C.; Rivera-Muñoz, E.M.M.; Peza-Ledesma, C.; Casales-Dias, M.; Escalera, L.M.M.; Canto, J.; Martinez-Gomez, L., 2017. Sustainable Development of Palm Oil: Synthesis and Electrochemical Performance of Corrosion Inhibitors. Journal of Electrochemical Science and Technology, v. 8, (2), 133-145. https://doi.org/10.5229/JECST.2017.8.2.133
Ramos, L.P.; Silva, F.R.; Mangrich, A.S.; Cordeiro, C.S., 2011. Biodiesel Production Technologies. Revista Virtual de Química, v. 3, (5), 385-405. http://dx.doi.org/10.5935/1984-6835.20110043
Razack, S.A.; Duraiarasan, S., 2016. Response surface methodology assisted biodiesel production from waste cooking oil using encapsulated mixed enzyme. Waste Management, v. 47, part A, 98-104. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.07.036
Rincón, L.E.; Jaramillo, J.J.; Cardona, C.A., 2014. Comparison of feedstocks and technologies for biodiesel production: An environmental and techno-economic evaluation. Renewable Energy, v. 69, 479-487. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.03.058
Rodrigues, R.; Padilha, A.C.; Mattos, P., 2011. Princípios da produção mais limpa na cadeia produtiva do biodiesel: análise da indústria de óleo vegetal e usina de biodiesel. Revista Brasileira de Ciências Ambientais (Online), (20), 1-11.
Roschat, W.; Phewphonga, S.; Khunchaleec, J.; Moonsinc, P., 2018. Biodiesel production by ethanolysis of palm oil using SrO as a basic heterogeneous catalyst. Materials Today: Proceedings, v. 5, (6), part 1, 13916-13921. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.02.040
Ruschel, C.F.C.; Ferrão, M.F.; Santos, F.P.; Samios, D., 2016. Otimization of transesterification double step process (TDSP) to the production of biodiesel through doehlert experimental design. Química Nova, v. 39, (3), 267-272. https://doi.org/10.5935/0100-4042.20160018
Sarkar, J.; Bhattacharyya, S., 2012. Operating characteristics of transcritical CO2 heat pump for simultaneous water cooling and heating. Arch Thermodyn, v. 33, (4), 23-40. https://doi.org/10.2478/v10173-012-0026-8
Sawin, J.L.; Seyboth. K.; Wverisson, F., 2017. Renewables 2017 Global Status Report. Paris (Accessed October 6, 2017) at: https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR2017_Full-Report_English.pdf
Sukjit, T.; Punsuvon, V., 2013. Process Optimization of Crude Palm Oil Biodiesel. European International Journal of Science Technology, v. 2, (7), 49-56.
Tan, Y.H.; Abdullah, M.O.; Nolasco-Hipolito, C.; Zauzi, N.S.A., 2017. Application of RSM and Taguchi methods for optimizing the transesterification of waste cooking oil catalyzed by solid ostrich and chicken-eggshell derived CaO. Renewable Energy, v. 114, part B, 437-447. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.07.024
Tziourtzioumis, D.N.; Stamatelos, A.M., 2019. Diesel-Injection Equipment Parts Deterioration after Prolonged Use of Biodiesel. Energies, v. 12, (10), 1953. https://doi.org/10.3390/en12101953
Uribe, R.A.M.; Alberconi, C.H.; Tavares, B.A., 2014. Produção de biodiesel a partir do sebo bovino; viabilidade econômica e métodos de produção. In: Congresso Nacional de Excelência e Gestão, Bauru.
Vargas, F.A.A., 2010. Producción y caracterización de biodiesel de palma y de aceite reciclado mediante un proceso batch y un proceso continuo con un reactor helicoidal. Tesis de Doctorado, Universitat Rovira I Virgili, Spain.
Victorino, T.; Pereira, R.; Fiaux, S., 2016. Aproveitamento da glicerina de biodiesel obtida a partir de óleo de fritura para o cultivo do fungo Aspergillus niger. Revista Brasileira de Ciências Ambientais (Online), (42), 56-66. https://doi.org/10.5327/Z2176-947820160107
Wong, Y.C.; Tan, Y.P.; Taufiq-Yap, Y.H.; Ramli, I., 2015. An Optimization Study for Transesterification of Palm Oil using Response Surface Methodology (RSM). Sains Malaysiana, v. 44, (2), 281-290. http://dx.doi.org/10.17576/jsm-2015-4402-17
Yoon, S.K.; Ge, J.C.; Choi, N.J., 2019. Influence of Fuel Injection Pressure on the Emissions Characteristics and Engine Performance in a CRDI Diesel Engine Fueled with Palm Biodiesel Blends. Energies, v. 12, (20), 3837. https://doi.org/10.3390/en12203837
Yusop, A.F.; Mamat, R.; Yusaf, T.; Najafi, G.; Yasin, M.H.M.; Khathri, A.M., 2018. Analysis of Particulate Matter (PM) Emissions in Diesel Engines Using Palm Oil Biodiesel Blended with Diesel Fuel. Energies, v. 11, (5), 1039. https://doi.org/10.3390/en11051039
Zahan, K.A.; Kano, M., 2018. Biodiesel Production from Palm Oil, Its By-Products, and Mill Effluent: A Review. Energies, v. 11, (8), 2132. https://doi.org/10.3390/en11082132
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Revista Brasileira de Ciências Ambientais
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Os autores mantêm os direitos autorais sobre o trabalho, concedendo à revista o direito de sua primeira publicação.
