Estudo do crambe (Crambe abyssinica) como fonte de óleo para produção de biodiesel

Machado, Mariana Fonseca

a ENERBIO, Grupo de Pesquisa em Energias Renováveis, UIT, Itaúna / MG a, Brasil, Alex Nogueiraa, Oliveira, Leandro Soaresb, Nunes, Diego Luizb

b Núcleo de Pesquisa e Desenvolvimento em Café, Departamento de Engenharia Química, UFMG maryfonsecamachado@hotmail.com

RESUMO

Há alguns anos, estudos vêm sendo realizados na área de biocombustíveis. O biodiesel é um combustível limpo que pode ser sintetizado através de diversos tipos de matérias-prima, tanto animal quanto vegetal. Com intuito de descobrir novas fontes oleaginosas para produção do mesmo, iniciou-se estudo sobre a semente de crambe (Crambe abyssinica), crucífera de robusto plantio, colheita mecanizada e que apresenta alto teor de óleo. Foram feitas análises em infravermelho e análises da qualidade do óleo extraído. Os resultados preliminares foram satisfatórios, fazendo necessário o prosseguimento das pesquisas iniciadas.

PALAVRAS-CHAVE: óleo vegetal, crambe, biodiesel. 1. INTRODUÇÃO

A produção de biodiesel tem sido alvo de extensos estudos nos últimos anos sob

diversas vertentes. Existem ricos textos e prospecções desde a importância em se estudar e

investir em novos combustíveis até como e onde produzi-lo (EPE, 2007; NAE, 2004).

Diversas são as formas já publicadas de rotas para produção de biodiesel e, para o

Brasil, a variedade de fontes oleaginosas é vasta. Atualmente a maior produção industrial de

biodiesel utiliza óleo de soja como fonte de óleo vegetal, seguido de girassol e sebo bovino.

Contudo novas oleaginosas têm chamado a atenção de pesquisadores e investidores a fim

de estabelecer e implementar novas e viáveis matrizes naturais (MCT, 2006).

O crambe, Crambe abyssinica, é uma planta da família das crucíferas sendo

normalmente utilizado como forragem para pasto. De cultivo originário da região

mediterrânea, tem crescimento e produção em ciclo curto, variando entre 90 a 100 dias

(Oplinger et al., 1991). Sendo um vegetal muito robusto, consegue se desenvolver em

condições climáticas antagônicas, suportando desde geadas típicas do sul do país até

climas quentes e secos como do centro-oeste do país. Estudos preliminares mostram que

possui um teor de óleo de aproximadamente 35% em massa, sem casca (Laghetti, 1995).

O presente trabalho tem como objetivo analisar o óleo das sementes de crambe e

verificar a sua potencialidade para a produção de biodiesel.

2. METODOLOGIA

As sementes de crambe foram cedidas pela Biominas (Itaúna / MG), sendo

proveniente do estado de Mato Grosso do Sul. O óleo foi obtido por prensagem mecânica

(Ecirtec MPE-40) e centrifugado para remoção de sólidos em suspensão.

2.1. Análise do óleo

O óleo foi analisado quanto ao teor de umidade (ASTM D 1796) e massa específica

(ASTM D 4052).

Foram realizadas análises de ATR-FTIR para acompanhamento dos grupos orgânicos

presentes e retirados no processamento do óleo em equipamento AAB Bomem MB Séries

102, com 16 leituras resolução de 4cm-1.

2.2. Transesterificação

A fim de estudar a potencialidade de uso deste óleo para a produção de biodiesel a

reação de transesterificação foi realizada com aquecimento por rota metílica (Oliveira,

2007). Tal metodologia foi escolhida de modo a garantir uma condição de boa conversão

final na produção de biodiesel, uma vez que é utilizado aquecimento do sistema reacional e

um alcoolato que melhora a seletividade e reduz o tempo de reação.

A fase biodiesel foi lavada com água aquecida e levemente acidificada com ácido

cítrico por aspersão, sem agitação e separado por decantação.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Como o processamento da soja ou nabo forrageiro, o crambe pode ser processado por

prensagem mecânica sem a necessidade de aquecimento prévio das sementes. A colheita

da semente retorna um grão recoberto por uma fina casca, de alto teor ligninico e que pode

ser facilmente retirada e assim melhorar o processo de extração do óleo.

Os experimentos de prensagem do crambe demonstram boa eficiência de extração,

com rendimento de obtenção de aproximadamente 31% em massa de óleo para massa total

processada a frio. A prensagem do grão com casca apresenta menor obtenção de óleo, na

ordem de 26%. Tendo como teor teórico 35% de óleo em massa total com casca, a

eficiência de extração passa de 75% para 89% para o processamento com e sem casca,

respectivamente.

Tendo em vista dados de plantios controlados no Brasil e no exterior, o crambe pode

render entre 1200 a 2000 kg/ha por colheita de semente. Ressaltando que pode chegar a

quatro ciclos de produção por ano, pode-se perceber o considerável potencial de

fornecimento de óleo vegetal para produção de biodiesel (Meakin et al., 2001).

Conforme metodologia utilizada, a reação possui um considerável grau de eficiência,

que pode ser garantido pela rápida separação de fase éster e de glicerol. Apenas a

decantação overnight não é suficiente para garantir a separação efetiva de tais fases, sendo

necessário realizar a lavagem do biodiesel obtido.

O óleo bruto e o biodiesel final foram analisados como descrito na metodologia, os

resultados seguem na Tabela 1.

Tabela 1: Análise da qualidade do óleo de crambe.

Óleo Umidade (% m/m)

Massa específica a 20°C (kg m-3)

Bruto 0,04 901,0 Biodiesel 0,12 884,6

Por se tratar de um trabalho exploratório e em caráter preliminar a verificação da

qualidade da transesterificação foi realizada apenas com análise visual, dos aspectos físicos

citados e por estroscopia de infra-vermelho.

O óleo do crambe demonstra uma preferência química para reação com metanol para

produção de um biodiesel de melhor qualidade, dado que possui um alto teor de ácido graxo

de alto peso molecular, conforme na Tabela 2 (Laghetti, 1995).

Tabela 2: Perfil de ácido graxo para o óleo de 1

Ácido

Graxo

crambe.

C16:0 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20:1 C22:0 C22:1 C24:0 C24:1 Outros

% 1,8 0,7 17,2 8,7 5,2 3,4 56,2 0,7 0,7 1,6 2,5

Com base na análise da Tabela 1, evidencia-se uma baixa insaturação do óleo, o que

pode refletir numa melhor qualidade do biodiesel.

Caracterização por ATR-FTIR, Figura 1, evidencia que houve a formação de ésteres,

devido aos estiramentos da ligação C=O característicos nessa espécie química (1850-1650

cm-1), demonstrando a viabilidade do procedimento. Outra evidência é quanto à diminuição

da intensidade de absorção do grupo n-propil (1150 cm-1), devido à remoção deste grupo

pela formação e remoção da glicerina.

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

60

70

80

90

Tran

smitâ

ncia

(%)

Número de onda (cm-1)

Óleo bruto Biodiesel

Figura 1: Detalhe da análise de ATR-FTIR diferenciando o óleo bruto para o biodiesel de crambe. 1 Laghetti et al., 1995.

O aspecto e diferença visual do comportamento reólogico do biodiesel frente ao óleo bruto

mostram que a reação provavelmente atingiu um bom grau de conversão. Vale ressaltar que

passados alguns dias do teste, o biodiesel não apresentava sinais de degradação, como

ocorre com amostras de biodiesel de óleo de soja refinado. Devido à indisponibilidade de

equipamentos mais apurados para a caracterização e controle da qualidade do óleo e do

biodiesel, o presente trabalho se ateve a estudar essa nova oleaginosa de maneira

superficial.

4. CONCLUSÃO

Tendo como intuito o estudo preliminar de uma nova oleaginosa disponível, este

trabalho demonstrou que o crambe possui potencial considerável como fonte de óleo para a

produção de biodiesel. Apresenta bom rendimento e produção de óleo por hectare por ano.

Caracterizações preliminares conjugadas com informações da literatura técnica disponível

corroboram as informações e discussões aqui expostas. O FTIR mostrou interessante

aplicação para confirmar a produção de ésteres e álcoois ligados, frente ao espectro obtido

do óleo vegetal bruto. Num próximo momento o óleo de crambe será mais extensamente

estudado, buscando determinar as melhores condições reacionais para produção de

biodiesel a partir do mesmo.

5. Agradecimento:

Os autores agradecem a Biominas pelo apoio e cessão das sementes de crambe

utilizadas no trabalho e ao Laboratório de Ensaio de Combustíveis da UFMG pelas análises

de ATR-FTIR.

6. Referências:

Brandão, K.S.R. et al., Otimização do Processo de Produção de Biodiesel Metílico e Etílico de Soja, I Congresso RBTB, volume II, 2006.

Cadernos NAE, Núcleo de Assuntos Estratégicos da Presidência da República – número 02, Brasília, Secretaria de Comunicação de Governo e Gestão Estratégica, 2004.

Comissão Executiva Interministerial, Plano Nacional de Produção e Uso de Biodiesel, Brasília, Casa Civil da Presidência da República, 2005.

Encinar, J.M. et al., Biodiesel Fuels From Vegetable Oils: Transesterification Of Cynara cardunculus L. Oils With Ethanol, American Chemical Society, 2001.

EPE – Empresa de Pesquisa Energética, Plano Nacional de Energia, PNE 2030, Rio de Janeiro, 2007.

Haas, M.J. et al., A Process Model To Estimate Biodiesel Production Costs, Bioresource Technology, 97, 671-678, 2006.

I Congresso da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel, Anais – Volumes I e II, Brasília, MCT/ABIPTI, 2006.

Laghetti G. et al., Yield and oil quality in selected lines of Crambe abyssinica grow in Italy, Industrial crops and products, Itália, 1995.

McDonnell, K.P. et al., Hot Water Degummed Rapeseed Oil as a Fuel for Diesel Engines, Journal of Agricultural Engineering Research, 60, 7-14, 1995.

Meakin, S. et al., Crambe abyssinica, a comprehensive programme, Springdale Crop Synergues Ltda, Rudston, 2001.

Moretto, Eliane, Tecnologia de Óleos E Gorduras Vegetais Na Indústria De Alimentos, São Paulo, Livraria Varela, 1998.

Oliveira, L.S. et al., Coffee oil as a potential feedstock for biodiesel production, Bioresource Technology, article in press, 2007.

Oplinger, E.S. et al., Crambe, alternative field crops manual. University of Wisconsin and University of Minnesota. St. Paul, MN 55108. July, 1991.

Vicente, G. et al., Integrated Biodiesel Production: A Comparison Of Different Homogeneous Catalysts Systems, Bioresource Technology, 92, 297-305, 2004.