A produção mais sustentável de
biodiesel tem sido largamente estudada em diferentes frentes de pesquisa.
Estudo publicado na
revista ACS Applied Nano Materials trouxe resultados
promissores ao aplicar nitretos de carbono como catalisadores da reação que
transforma óleos vegetais no biocombustível.
Estudo da UFSCar apresenta resultados promissores de experimentos feitos
com nanomateriais à base de nitreto de carbono. Trabalho abre caminho para explorar
diferentes estratégias para a produção mais eficiente e sustentável do combustível
(foto: Ministério de Minas e Energia/divulgação)
O biodiesel é uma das alternativas ao
uso de combustíveis fósseis e pode ser produzido por diferentes processos, como
transesterificação, craqueamento térmico ou pirólise e microemulsão. A
transesterificação é a mais comum, por ser eficiente e mais facilmente
controlável. Nesse método de produção, os triglicerídeos do óleo vegetal reagem
com um álcool na presença de um catalisador.
No trabalho, foram testados sete
tipos diferentes de nanomateriais à base de nitreto de carbono, caracterizados
por várias técnicas, para verificar suas propriedades estruturais e
morfológicas. Os testes catalíticos verificaram a eficácia na
transesterificação de óleo de canola para a produção de biodiesel – reação que
pode ocorrer sem catalisador, mas tanto a qualidade do biodiesel produzido
quanto o tempo de reação são melhorados com o uso desses agentes.
“Modificamos uma série de nitretos de
carbono e descobrimos uma correlação entre a quantidade de sítios básicos e sua
atividade para a reação de transesterificação. Demonstramos que eles atuam como
catalisadores básicos, mecanismo que ainda era pouco entendido para esses materiais”,
detalha Ivo Freitas Teixeira,
professor do Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos
(UFSCar) e um dos autores do artigo.
O estudo envolveu também a
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e o Max Planck Institut, na
Alemanha, e teve suporte da FAPESP tanto para a aquisição de equipamentos,
quanto no apoio a Teixeira como Jovem Pesquisador.
“Nosso grupo investiga esses
materiais há alguns anos e desenvolvemos métodos para modular sua superfície,
de modo a permitir que se comportem como catalisadores ácidos ou básicos.
Catalisadores ácidos e básicos apresentam uma série de aplicações, dentre elas
o uso na reação para produzir biodiesel a partir de óleos vegetais”, explica
Teixeira.
Testes e avaliações
Múltiplos parâmetros de reação foram
avaliados para determinar as condições ideais e a quantidade necessária de
catalisador a fim de obter a maior conversão de biodiesel possível. Por fim, o
uso do LiK-PHI (nitreto de carbono com cátions de lítio e potássio) apresentou
o melhor desempenho, com 94% de rendimento na transesterificação do óleo de
canola.
Teixeira aponta que, na maioria dos
casos, a reação de conversão dos óleos vegetais em biodiesel usa hidróxido de
sódio como catalisador básico, mas, por ser homogêneo, ele não é recuperado ao
final da reação e ainda exige uma etapa de ajuste de pH. Substituir o hidróxido
de sódio por um catalisador heterogêneo, ou seja, que não se solubiliza no
meio, evita a fase de ajuste de pH, além de permitir sua recuperação para que
seja reutilizado. Isso diminui o custo de produção do biodiesel. Além disso,
esses materiais à base de nitretos de carbono são compostos essencialmente por
carbono e nitrogênio, também de baixo custo.
“Apesar de ainda muito preliminar,
nosso trabalho mostrou que nitretos de carbono apresentam um grande potencial
para serem aplicados como catalisadores na produção de biodiesel. Como esses
materiais são sólidos e não se solubilizam nas condições reacionais,
aplicando-se uma simples centrifugação nós fomos capazes de separá-los ao final
da reação e reutilizá-los. Além disso, o biodiesel obtido se mostrou dentro das
especificações exigidas, não necessitando nenhum pós-tratamento, como, por
exemplo, o ajuste de pH. Acreditamos que, no futuro, a substituição dos
catalisadores homogêneos por catalisadores heterogêneos possa simplificar o
processo de produção de biodiesel e diminuir custos”, detalha Teixeira.
O trabalho abre caminho para explorar
o desempenho de diferentes materiais para uma produção mais sustentável e
eficiente de combustível. Porém, uma ressalva é que, embora não haja alto custo
associado à produção do catalisador em ambiente de laboratório, em escala
industrial pode haver aumento de custos. Assim, o grupo reconhece a necessidade
de mais trabalhos sobre viabilidade técnica e econômica.
O artigo Carbon nitride-based nanomaterials as a sustainable catalyst for biodiesel
production pode ser lido em: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsanm.3c01424.
Agência FAPESP
https://agencia.fapesp.br/producao-de-biodiesel-pode-ser-acelerada-com-novo-tipo-de-catalisador/42171/
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