Produção de biodiesel pode ser acelerada com novo tipo de catalisador
FAPESPA 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.
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.