Biodiesel: Produção e alternativas tecnológicas.

Biocombustíveis são fontes de energia renováveis oriundas de produtos vegetais e animais.

O biodiesel e o etanol são atualmente os únicos biocombustíveis produzidos em larga escala.

O Programa Nacional de Uso e Produção de Biodiesel (PNBP) introduziu esse biocombustível na matriz

energética brasileira pela lei no 11.097, de 13 de janeiro de 2005. Essa lei instituiu que todo óleo diesel

comercializado no país deverá conter um percentual de 5% de biodiesel até o final de 2013. Desde o

lançamento do PNPB até o final de 2011, o Brasil produziu 8,3 bilhões de litros de biodiesel.

Portanto, deve-se aumentar a tecnologia e a escala na produção de biodiesel que por ser um biocombustível

emite menos gases tóxicos, também pelo fato de renovação na matriz energética de combustíveis que é

composta principalmente de derivados do petróleo que não são renováveis.

O biodiesel é obtido pela reação de transesterificação catalítica de diferentes oleaginosas, assim como o óleo de fritura usado e de gordura animal na presença de metanol ou etanol. Apesar dos aspectos ambientais vantajosos, o biodiesel produzido quimicamente possui algumas limitações que poderiam ser evitadas por um processo bioquímico.

Uma tecnologia interessante seria usar algas como matéria-prima para obtenção de biodiesel.

Quando as algas e bactérias fotossintéticas (cianobactérias) são expostas à luz solar e ao dióxido de carbono, produzem e armazenam gorduras dentro das células. A exposição de células a um solvente químico libera estas moléculas de gordura, que podem ser transformadas em biodiesel. Com o cultivo das microalgas ocupando apenas 1% da área que a soja utiliza hoje, pode-se produzir a mesma quantidade de biodiesel que ela produz ao ano.

Equipe: Antonio Viana, Carlos Eduardo, Lucas Romão, Matheus Alencar.

Profª. Orientadora: Drª. Safi Amaro Monteiro

Curso: Química Integrado 2011.1 - P3

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Uso de Processos oxidativos avançados fotoquímicos na degradação de moléculas petroquímicas de interesse ambiental

Uso de Processos oxidativos avançados fotoquímicos na degradação de moléculas petroquímicas de interesse ambiental

Processo de descoloração de amostra do Acid Red 66 utilizando o processo Foto Fenton analisada no espectrofotômetro

A contaminação das águas por efluentes originados de processos produtivos industriais tem-se revelado um grave problema, pois além de ser detectada com uma frequência cada vez maior está relacionada à problemas de saúde e aos danos ambientais. 

O desenvolvimento de tecnologias para a realização de um controle ambiental e o tratamento de efluentes industriais tem sido o foco de pesquisa no meio científico, pois técnicas tradicionais não mostram eficiência nesse tipo de efluente, sendo necessária uma abordagem diferente.

Os processos oxidativos avançados (POAs) são exemplos de opção tecnológica para acelerar a oxidação e a destruição de vários contaminantes orgânicos em águas poluídas. Os POAs são extremamente eficientes na destruição de substâncias orgânicas de difícil degradação, resistentes aos processos biológicos, transformando-as e tornando-as ambientalmente aceitáveis, num curto período de tempo, dentre eles estão os tratamentos por ozonização, fotólise, degradação fotoquímica, reação Fenton.

Esses processos tem fundamento na formação, à temperatura ambiente, do radical hidroxilo (^•OH), o qual é altamente reativo, não seletivo e capaz de oxidar, rapidamente, diversos compostos orgânicos.

São realizados tratamentos envolvendo amostras de moléculas petroquímicas em variadas concentrações por meio dos processos Fenton (Fe2+/H2O2) e Foto-Fenton (UV/Fe2+/H2O2).

           

     As amostras são posteriormente analisadas através do espectrofotômetro, (usado para medir a concentração de substâncias, que absorvem energia radiante, em um solvente através do seu comprimento de onda) mostrando expressivos resultados no processo de descoloração, principalmente no processo Foto-Fenton em que a luz UV-C aumenta a eficiência do processo Fenton habitual. Este método é bastante interessante devido ao fácil processo de reatividade, e se mostra mais eficaz em amostras com baixas concentrações.

Os principais objetivos do trabalho envolvem:

• Investigar a influência dos parâmetros de: concentração inicial do poluente, pH inicial, intensidade de radiação, concentração de oxidante e concentração de catalisador sobre a degradação oxidativa dos compostos selecionados;

• Realizar caracterização físico-química do efluente após os processos foto-oxidativos e Fenton aplicados a fim de avaliar a qualidade do efluente produzido;

• Avaliar a formação de co-produtos via técnicas espectroscópicas e cromatográficas nos efluentes aquosos após a aplicação do tratamento oxidativo.

Integrantes do grupo: Wesley Gonçalves, Thaís Carvalho, Silvia Helena e Renan Mendes.

Curso: Química Integrado – P3

Coordenador: Rinaldo dos Santos Araújo

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Estudo da viabilidade de quitosana como auxiliar no controle de efluentes petroquímicos.

Estudo da viabilidade de quitosana como auxiliar no controle de efluentes petroquímicos.

Atualmente o desenvolvimento de técnicas de tratamento de rejeitos industriais tornou-se extremamente necessário, tendo em vista os altos níveis de poluição dos corpos aquáticos. A adequação das características dos efluentes industriais aos parâmetros previstos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) é um desafio cotidiano para os principais setores da indústria. O progresso das metodologias é voltado para aquelas que apresentam menor geração de resíduos, garantindo um baixo nível de contaminantes e reaproveitamento de materiais biodegradáveis.

       

        A quitosana surgiu nas últimas duas décadas como um versátil material, sendo este um produto da desacetilação da quitina quando tratada com soluções alcalinas concentradas. Dentre as diversas aplicações da quitosana, pode-se destacar a sua utilização como um sistema de liberação controlada de fármacos e agente coagulante em efluentes industrias, uma vez que ela apresenta vantagens tais como não-toxicidade, biocompatibilidade, biodegrabilidade e hidrofilicidade. Além de fácil obtenção e baixo custo em relação a outros tipos de processos para o tratamento de tais efluentes.

  Estrutura de unidades de quitosana.

       Visando as inúmeras vantagens do uso da quitosana no auxilio de tratamento de efluentes petroquímicos, temos como objetivo apresentar métodos de obtenção e aplicação da quitosana como adsorvente para compostos como benzeno, tolueno e xileno.

Curso: Integrado em Química - P2

Integrantes do grupo: Amanda Santana; Cátia Micaela Barros Uchôa; Larissa Lara Fonseca Abreu; Lucas Nunes Fernandes e Yuri do Nascimento Bezerra.

Orientadora: Mira Raya Paula de Lima

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Obtenção de Biodiesel a partir de óleo de fritura

    Tem-se conseguido alcançar, parcialmente, a tal evolução, mas, paralelamente a ela conhecemos também a dependência energética. O homem moderno é incapaz de retroceder ao passado sem energia, além disso, a natureza não é tão veloz na produção de combustível. Então, a terceira opção é buscar outras fontes de energia. O biocombustível é uma ótima opção, é fabricado a partir da biomassa, todo e qualquer vestígio recente de organismo, pois não emite níveis significativos de poluentes. Alguns exemplos são: biogás, bioetanol, biometanol e biodiesel.

    O biodiesel pode ser obtido a partir de lipídeos, álcool e catalisador (substância alcalina). Essa reação é conhecida por transesterificação, na qual os triglicerídeos reagem com o álcool, formando glicerol e mono-alquilésteres, esse, molécula fundamental do biodiesel. A obtenção de biodiesel através do óleo de fritura vem sendo bastante pesquisada e desenvolvida em nível de bancada.

    A seguir, veja o procedimento para a obtenção de biodiesel:

·         REAGENTES DO BIODIESEL

    Observam-se os reagentes que darão origem ao biodiesel.

·        O ácido graxo é um ácido carboxílico de cadeia longa, possuindo de 4 a 24 átomos de carbono, além se ser um componente essencial dos glicerídeos (utilidade do ácido graxo);

·        A glicerina (C3H5(OH)3) é um substância formada por três átomos de carbono ligados a grupos funcionais hidroxila. É um integrante dos glicerídeos (utilidade da glicerina);

·         Os lipídeos, compostos orgânicos apolares que possuem caráter oleoso, são divididos em quatro grupos, são os: glicerídeos, carotenoides, cerídeos e esteroides. No entanto, serão enfatizados os glicerídeos, pois são essenciais para este projeto.

·         PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA

            - AQUECIMENTO/FILTRAÇÃO/LAVAGEM/PRÉ-SECAGEM

     Os óleos residuais podem apresentar uma grande quantidade de ácidos graxos livres, isto é, um alto grau de acidez, portanto, é necessário que esses óleos passem por algumas etapas de purificação. É necessário aquecer o material para tornar a amostra pastosa em líquida, uma vez que facilita a filtração da matéria-prima. A amostra é filtrada para que sejam removidos os resíduos sólidos que provêm dos processos de fritura. Posteriormente, em escala industrial, opta-se pela lavagem a quente do resíduo, pois faz com que o óleo se misture mais facilmente com a água. Quando a água é retirada (decantação), a sujeira é levada com ela, tornando o óleo desumificado, funcionando como uma etapa de pré-secagem. Por fim, a separação dos componentes água e óleo acontece por filtração ou centrifugação.

           - ESTERIFICAÇÃO DOS AGL

     A esterificação é a reação entre um ácido carboxílico e um álcool, resultando em éster e água. Em seguida, formam-se os glicerídeos, isto é, uma molécula de glicerina reage com uma, duas ou três moléculas de ácidos graxos formando, respectivamente, monoglicerídeos, diglicerídeos e triglicerídeos A reação é lenta, em temperatura ambiente, no entanto, o uso de aquecimento e um catalisador aceleram o processo. A reação é catalisada, usualmente, por ácidos inorgânicos fortes, como o ácido sulfúrico (H2SO4). E o álcool deve ser de baixo peso molecular, como o metanol, que possui menor custo e pode ser recuperado no processo.

- NEUTRALIZAÇÃO

     Quando o material apresenta alto índice de acidez e umidade para a produção de biodiesel por transesterificação, é necessário neutralizá-lo. “A lavagem do material com solução alcalina, como hidróxido de sódio ou potássio elimina os AGL do óleo, pois ocorre a saponificação daqueles.” [3] Quando o material contém poucos ácidos graxos livres, adiciona-se a solução alcalina aquecida ao óleo também aquecido, sem agitar.

     Após 15-30 minutos, a mistura é aquecida (à temperatura proporcional), com a finalidade de quebrar a emulsão, e agitada com velocidade reduzida. Posteriormente, o material é deixado em repouso por algumas horas para retirar o sabão formado (chamado de “borra”).

     Ao fim da neutralização, a matéria-prima está preparada para o processo de transesterificação.

·         REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO

     Após todos os procedimentos realizados com a matéria-prima, e essa estando com aspectos favoráveis à reação, inicia-se o processo de produção do biodiesel através da reação de transesterificação (éster reage com álcool formando um novo éster e um novo álcool). Há a adição de um catalisador ácido ou básico, porém, o alcalino é mais utilizado, podendo ser o KOH ou NaOH.

     Faz-se a mistura do catalisador e o álcool (metanol ou etanol) e, posteriormente, essa mistura irá alimentar a matéria-prima, o óleo (triglicerídeo). A partir disso, inicia-se a reação de transesterificação. O álcool (metanol) perde seu grupo funcional (OH), tornando-se metil, e adere a um ácido graxo originando os ésteres metílicos dos ácidos graxos (biodiesel); os triglicerídeos perdem seus ácidos graxos e ligam-se às hidroxilas do álcool, formando glicerina bruta.

Reação de transesterificação

     A glicerina se estabelece na região inferior e o biodiesel na superfície. Posteriormente, é feita a retirada individual de cada substância.

     O biodiesel obtido a partir dessa reação não pode ser utilizado, pois deve passar pelo processo de purificação e por análises.

·         PURIFICAÇÃO DO BIODIESEL

- SEPARAÇÃO: BIODIESEL/GLICERINA

     Após o processo de transesterificação, forma-se uma mistura heterogênea com duas fases: a pesada e a leve. Na fase pesada encontra-se o glicerol, o álcool que não reagiu, a maior fração de catalisador e sabões formados durante a reação. Os alcoóis e os catalisadores alcalinos dissolvem-se na glicerina, facilitando a separação destes resíduos do biodiesel (ésteres), uma vez que são removidas juntamente com a glicerina. A fase leve é composta pelo biodiesel, por traços de álcool, e mesmo por gotículas de glicerol livre. Pode-se também elevar a temperatura do biodiesel para acarretar a evaporação da água e do álcool, dessa forma também se retira a umidade, pela ebulição da água.

-  PURIFICAÇÃO DOS ÉSTERES

     Após a separação, os ésteres são lavados com água quente - para que a contaminação com glicerol livre seja baixa - através da centrifugação, no qual a glicerina, o catalisador e o álcool são removidos. Em seguida,  desumidifica-se os ésteres, resultando finalmente o biodiesel, o qual deverá ter suas características enquadradas nas especificações das normas técnicas estabelecidas para o biodiesel como combustível para uso em motores do ciclo diesel.

Integrantes do grupo: Natália Ribeiro, Gabriela Lobo, Cyntia Emanuelle Souza.

Curso: Química – P2

Orientador: Geraldo Freitas

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Uso de Processos eletrocatalíticos na degradação de moléculas petroquímicas de interesse ambiental.

Título do Plano de Estudo

Uso de Processos eletrocatalíticos na degradação de moléculas petroquímicas de interesse ambiental

Resumo das Atividades

Devido às exigências ambientais nos últimos anos há um significativo interesse no desenvolvimento de tratamentos inovadores de efluentes industriais, particularmente aqueles que contêm poluentes tóxicos e não-biodegradáveis, os quais não são removidos completamente pelos processos tradicionais (AWAD et al, 2005). Compostos aromáticos e fenólicos e seus derivados, em particular, são poluentes orgânicos bastante perigosos à saúde humana e aos sistemas aquáticos. Neste contexto a presente pesquisa visa utilizar anodos dimensionalmente estáveis de rutênio e titânio como sistemas eletroativos a degradação em meio aquoso e a temperatura ambiente de moléculas petroquímicas aromáticas (benzeno, tolueno, clorobenzeno, etc) e fenólicas (nitro e clorofenóis) para fins de despoluição ambiental.

Do ponto de vista específico, os principais objetivos do trabalho envolvem:

• Sintetizar e caracterizar eletrodo tipo anodo dimensionalmente estáveis de Ru, Ti, Sn, Sb e Pb para aplicação em processos de oxidação eletrocatalítica de poluentes aromáticos e fenólicos;

• Investigar a influência dos parâmetros de: concentração inicial do poluente, pH inicial e potencial de eletrólise sobre a degradação eletrocatalítica dos compostos selecionados;

• Realizar modelagem cinética da degradação eletrocatalítica dos compostos em estudo;

• Realizar caracterização físico-química do efluente (pH, DQO, COT, etc) após o processo eletro-oxidativo aplicado a fim de avaliar a qualidade do efluente produzido;

• Avaliar a formação de co-produtos via técnicas espectroscópicas e cromatográficas nos efluentes aquosos após a aplicação do tratamento eletrocatalítico.

Todos os integrantes do grupo estão desenvolvendo pesquisas no laboratório de LTQ do IFCE envolvendo leitura e interpretação de publicações sobre os diversos temas científicos em estudo, particularmente para os processos eletrocatalíticos de tratamento ambiental de efluentes petroquímicos e sendo introduzidos às técnicas eletroquímicas e estudos de preparação e caracterização de eletrodos dimensionalmente estáveis para aplicações ambientais.  O grupo foi continuamente acompanhado por alunos IC de graduação dos cursos de Tecnologia em Gestão Ambiental e Tecnologia em Processos Químicos e estudantes do Mestrado Acadêmico em Tecnologia e Gestão Ambiental e desenvolveu suas atividades de pesquisa científica no Laboratório de Tecnologia Química onde foi introduzido aos processos e operações pertinentes e às técnicas analíticas instrumentais de qualificação e quantificação das diferentes moléculas químicas em estudo.

Integrantes do grupo: Jamile Praxedes, Larissa Silva, Ruth Maria, Bruna Moraes e Arthur Lins.

Curso: Química Integrado – P3

Coordenador: Rinaldo dos Santos Araújo

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História do Petróleo

A utilização do petróleo pelo ser humano não é algo muito recente, na bíblia Noé usa betume (uma denominação de petróleo) para untar sua arca, os árabes usavam para fins bélicos e para iluminação. Em Baku, no Azerbaijão, já era produzido em escala comercial, para o padrão da época, quando Marco Paulo viajou pelo norte da Pérsia, em 1271.

O petróleo só veio ficar mais importante, quando ele começou a ser utilizado na indústria. Em 1859 o americano Edwin  Laurentine Drake, perfurou o primeiro poço para a procura do petróleo, na Pensilvânia. O poço revelou-se produtor e a data passou a ser considerada a do nascimento da moderna indústria petrolífera. A produção dos estados unidos subiu de dois milhões de barris em 1859, para três milhões em 1863, e para dez milhões de barris em 1874.

O grande impulsionador para a grande produção de petróleo nos Estados Unidos, foi um empresário Jonh Rockfeller, que em 1863 criou sua primeira refinaria e em pouco tempo funda uma das maiores empresa de petróleo do mundo, a Standart Oil. Ele é considerado como um dos maiores empresários que já existiu.

A primeira guerra mundial pôs em evidência a importância estratégica do petróleo. Pela primeira vez foi usado o submarino com motor diesil, e o avião surgiu como nova arma. A transformação do petróleo em material de guerra e o uso generalizado de seus derivados – era a época em que a indústria automobilística começava a ganhar corpo – fizeram com que o controle do suprimento se tornasse questão de interesse nacional. O governo americano passou a incentivar empresas do país a operarem no exterior.

Na década de 70 descobriu-se que o petróleo é uma fonte esgotável, tal afirmação elevou o preço do produto, em pouco mais de sete anos o preço do barril de petróleo praticamente triplicou. Isso provocou o aumento do valor do produto primário de países subdesenvolvidos, superando os produtos industrializados oriundos de países desenvolvidos. Outro motivo para o aumento do valor do petróleo foi a criação da OPEP (Organização dos Países Produtores de Petróleo) que acaba por formar um cartel internacional e controlando a oferta no mercado.

O petróleo no Brasil teve inicio no final do século XIX, quando aconteceram as primeiras buscas no subsolo brasileiro. O primeiro vestígio foi encontrado na cidade de Bofete, em São Paulo, mas a extração foi considerada inviável. A primeira jazida de petróleo considerada viável foi descoberta em 1939 no município de Lobato, na Bahia, onde foi retirado petróleo de boa qualidade e propício à comercialização.

Em 1953 no governo de Getulio Vargas, foi criado o que seria uma das mais promissoras estatais do mundo, a Petrobrás (Petróleo Brasileiro S.A). Nosso grupo pode perceber que o petróleo não é algo recente na vida do ser humano, já na antiguidade ele já se fazia útil para a sociedade de uma forma em geral, tanto parar fins bélicos, como para acender lamparinas nas cidades ou casas.

O mundo gira com um motor movido a petróleo, sem seus derivados, a gasolina, o disel, querosene de aviação, além de ser a base de diversos produtos industrializados, a população mundial teria muito mais trabalho para desenvolver tarefas simples, que com o petróleo se resolve facilmente.

Integrantes do grupo:  Tobias Silveira, Igor Soares, Matheus Rabelo e Victor Lima. 

Curso: Química Integrado – P2

Coordenadora: Maria Lucimar Maranhão Lima

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Novos Processos de Obtenção de Bioprodutos e monitoramento da qualidade de derivados de petróleo e de bioderivados.

Título do Plano de Estudo

Estudos de novos processos de obtenção de bioprodutos em escala piloto e monitoramento da qualidade de derivados de petróleo e de bioderivados de interesse da indústria de petróleo e gás natural.

Integrantes do grupo: Ariane Vieira Sales, Leonardo Cunha Alves, Reginaldo Sousa Saraiva, Thays Helena Pinto de Oliveira Pereira.

Curso: Química Integrado – P3

Coordenador: Hugo Leonardo de Brito Buarque

Resumo das Atividades

Dois dos integrantes da equipe estão inseridos nos projetos do NPL (Núcleo de Pesquisas em Lubrificantes, da UFC), que desenvolve pesquisas de interesse da Petrobras na área de bioprodutos e biolubrificantes a partir de biomassa.

Os outros dois estão envolvidos no treinamento nas diversas análises de combustíveis e lubrificantes no Laboratório de Combustíveis e Lubrificantes (LCL) da UFC, permitindo-lhes compreender os fundamentos teóricos e práticos das principais análises realizadas em derivados e bioderivados combustíveis e lubrificantes. O Laboratório faz parte do Programa de Monitoramento da Qualidade dos Combustíveis (PMQC) no Ceará, conveniado com a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.

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