Membranas de Acetato de Celulose

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

Programa de Pós-Graduação em Biocombustíveis

PRODUÇÃO DE MEMBRANAS DE ACETATO DE CELUSOSE PARA FILTRAÇÃO DE BIODIESEL

UBERLÂNDIA – 2016

1. INTRODUÇÃO

A crescente demanda energética mundial, associada principalmente ao aumento populacional e mercado de consumo impulsionaram indústria e pesquisadores a estudarem novas fontes energéticas. Os biocombustíveis são um exemplo desse novo campo de pesquisa.

Começou-se então a busca por fontes de energia renováveis, cuja viabilidade fosse suficiente para subsidiar o petróleo. Portanto, cientes de que dificilmente os recursos renováveis fossem imediatamente substitutos do petróleo e seus derivados, o desafio passou a ser inserir gradativamente os renováveis na matriz energética mundial. Não como um substituto, mas sim como um suporte, um subsídio capaz de manter as cidades em momentos de crise petrolífera.

Neste sentido, o setor de combustíveis é um dos tantos que vem sofrendo mudanças. Atualmente a matéria-prima renovável é mais bem aceita tanto nacional como mundialmente. Variáveis ambientais, sociais, políticas e econômicas assumem papel de influência significativa no processo de adaptação das indústrias.

A Lei Federal 9.478/97, de 06 de agosto de 1997, em seu artigo VI definiu biocombustível como:

Substância derivada de biomassa renovável, tal como biodiesel, etanol e outras substâncias estabelecidas em regulamento da ANP, que pode ser empregada diretamente ou mediante alterações em motores a combustão interna ou para outro tipo de geração de energia, podendo substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil.

Desde 1º de novembro de 2014, o óleo diesel comercializado em todo o Brasil contém 7% de biodiesel. Esta regra foi estabelecida pelo Conselho Nacional de Política Energética (CNPE), que aumentou de 5% para 7% o percentual obrigatório de mistura de biodiesel ao óleo diesel. A contínua elevação do percentual de adição de biodiesel ao diesel demonstra o sucesso do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel e da experiência acumulada pelo Brasil na produção e no uso em larga escala de biocombustíveis. O Brasil está entre os maiores produtores e consumidores de biodiesel do mundo, com uma produção anual, em 2013, de 2,9 bilhões de litros e uma capacidade instalada, no mesmo ano, para cerca de 7,9 bilhões de litros. (Agência Nacional do Petróleo, 2016).

É comum as indústrias avaliarem o ciclo de vida de seus produtos, o qual consiste em todas as etapas, desde produção à descarte final dos meses, avaliando os impactos ambientais, sociais e econômicos que a existência dos meses tem para a natureza.

Quando se analisa uma nova matéria-prima para produção de combustíveis, é preciso contemplar, também, os ajustes operacionais que a indústria precisa fazer para adaptar seus processos àquela nova fonte de energia. No caso dos biocombustíveis, há que se pensar nas etapas de produção, armazenagem, distribuição, comercialização.

        O biodiesel apresenta vantagens em relação ao óleo diesel proveniente do petróleo, entre elas destaca-se: o processo de produção é relativamente simples, sendo o mais comum o processo de transesterificação; as características do biodiesel são muito similares às do óleo diesel, o que permite seu uso direto nos motores, dispensando adaptações; a disponibilidade de matérias-primas renováveis é muito abundante, uma vez que qualquer óleo ou gordura de origem vegetal ou animal pode ser empregado para a produção de biodiesel. Opta-se, via de regra, pelo óleo de origem vegetal em função de sua maior disponibilidade e baixo custo. (FARIAS, 2010, p. 22).

        O processo mais comum de produção dos biocombustíveis é a transesterificação (Figura 1) que basicamente consiste em éster e álcool reagindo em presença de um catalisador, formando um novo éster (biodiesel) e um novo álcool (glicerol).

Figura 1 - Reação de transesterificação de óleos vegetais para produção de biodiesel.

[pic 1]

        Legislações nacionais e internacionais estabelecem parâmetros para que o biodiesel seja comercializado. No Brasil, a Agência Nacional de Petróleo (ANP) regulamenta características como teor de água e de glicerol dispersos no combustível, índices de acidez, viscosidade, teor de ésteres, ponto de inflamação, entre outros.

        O biodiesel cru precisa passar por processos de purificação, para que seja comercializado. O processo convencional de purificação é a lavagem com água, mas a quantidade de água requerida é muito grande (proporção de biodiesel: água é de 1: 3) e o resíduo depois precisa ser tratado para o descarte final, tornando o processo como um todo mais dispendioso, em tempo custo e consumo de energia. (PEYRAVI ET AL, 2015).

        Surge então uma alternativa para o processo de purificação do biodiesel que é o uso de membranas cerâmicas, que podem ser reutilizadas inúmeras vezes (dependendo da composição da sua matriz), eliminam a fase de decantação da produção (fase de separação biodiesel-glicerol).

        As membranas cerâmicas podem ser desenvolvidas de diferentes materiais através do processo de precipitação por inversão de fases. Entretanto, algumas características precisam ser observadas, como a porosidade, a hidrofilicidade e hidrofobicidade, resistência mecânica, solubilidade, entre outros.

Neste contexto, Gomes et al (2010) realizaram a purificação de  biodiesel de óleos de canola cru, óleo de soja degomado e óleos de canola e soja  refinados, utilizando membrana tubular de óxido de alumínio e óxido de titânio (α-Al2O3/TiO2), obtendo resultados satisfatórios de purificação de biodiesel cru e degomado, mesmo quando a etapa de separação do glicerol não foi realizada.

Analogamente, Peyravi et al (2015) desenvolveram membranas utilizando nanotubos de carbono multifilares funcionalizados (MWCNTs) em matriz de poliimida e perceberam que as propriedades físico-químicas da membrana foram melhoradas significativamente após a inserção do carbono. Os estudos morfológicos, o peso molecular de corte, tamanho médio dos poros, distribuição do tamanho dos poros e porosidade foram avaliados e discutidos pelos autores.

A literatura apresenta, também trabalhos de modificação de matrizes poliméricas para otimizar a eficiência de purificação, como Halek et al (2016), que fabricaram membranas de poliétersulfona modificadas por nanocompósitos de TiO2  para purificação de biodiesel de óleo residual de cozinha e perceberam uma distribuição uniforme de nanopartículas (NP) na membrana, que resultaram em melhor eficiência de purificação, maior porosidade, menor rugosidade e incrustação, maior resistência à pressão quando se inseria 0,05% em massa de NP na matriz polimérica.