Molecular markers

Os óleos e gorduras são substâncias insolúveis em água, de origem animal ou vegetal, formados predominantemente por ésteres de triacilgliceróis, produtos resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos graxos. Os ácidos graxos mais comuns encontrados naturalmente nos óleos e gorduras são láurico (12:0), palmítico (16:0), esteárico (18:0), oleico (18:1) e linoleico (18:2). Além da presença dos ácidos graxos os óleos também apresentam outros componentes adicionais, tais como fosfolipídios, carotenoides, tocoferóis e água (MARCHETT, 2012; ONG et al., 2013; PAPP et al., 2010).

A matéria-prima lipídica corresponde de 60 a 80 % do custo total de produção do biodiesel. Um dos grandes desafios dos processos de produção de biocombustíveis é dispor de matérias-primas capazes de atender às expectativas dos programas energéticos sem impactar de forma significativa a produção de alimentos. Portanto, se faz necessário o uso de uma ampla gama de matérias-primas alternativas aos óleos comestíveis, tais como os óleos não comestíveis, óleos residuais, gorduras animais e lipídios microbianos para diminuir o custo da produção de biodiesel em escala industrial (BHUIYA et al., 2015; RICO; SAUER, 2015; SOLOMON et al., 2014).

O biodiesel é caracterizado de acordo com a matéria-prima lipídica utilizada, em: biodiesel de primeira, de segunda e de terceira geração, conforme apresentado na Tabela 2.2. Mais de 70% das matérias-primas empregadas na produção do biodiesel provém de óleos vegetais comestíveis, uma vez que as propriedades dos seus derivados ésteres (biodiesel) atendem as especificações para serem utilizados como substituto ao óleo diesel e a cadeia de produção das fontes oleaginosas comestíveis é bem estabelecida. Entretanto, a utilização pode ocasionar alguns inconvenientes, como a possibilidade de competição entre a cadeia alimentícia e de biocombustíveis, o que implicaria na elevação do preço de ambos os produtos (LOURINHO; BRITO, 2015; SOLOMON et al., 2014; ONG et al., 2013; MARCHETT, 2012; AHMAD et al. 2011).

Tabela 2.2. Matérias-primas lipídicas utilizadas na produção de biodiesel

1ª Geração 2ª Geração 3ª Geração

Óleos

Comestíveis não comestíveis Óleos Gordura animal Residuais Óleos Óleos de Alga

Amendoim Café Banha de

porco

Óleos de fritura

Cianobactéria

Canola Camelina Gordura de

frango protothecoides Chlorella

Cevada Crambe Óleo de peixe Chlorella vulgaris

Coco Jojoba Sebo

bovino Scenedesmus sp.

Farelo de arroz Macaúba Nannochloropsis sp.

Gergilim Mamona Pithophora

Girassol Moringa Spirogyra

Milho Pinhão manso Isochryis galbana

Palma Tabaco Microcystis

Soja

Fonte: Adaptado de (BHUIYA et al., 2015; KUMAR; SHARMA, 2015).

Culturas de soja, colza, palma e girassol são consideradas matérias-primas para a produção de biodiesel de primeira geração, porque foram as primeiras culturas utilizadas para produzir o biodiesel, no entanto, estas oleaginosas estão inseridas na cadeia alimentar. Deste modo, para reduzir a dependência do óleo comestível, matérias-primas não comestíveis, tais como pinhão-manso, jojoba, tabaco, óleo de peixe, sebo bovino, banha de porco, óleos e gorduras residuais, têm sido intensamente investigadas nos últimos anos

para a produção do biodiesel considerado de segunda geração. Estas matérias-primas não comestíveis apresentam elevado teor de óleo e são semelhantes às comestíveis, em termos de produção e qualidade do biodiesel formado (BHUIYA et al., 2015; KUMAR; SHARMA, 2015; AHMAD et al., 2011).

A fim de reduzir a demanda por óleos comestíveis na produção de biodiesel, as matérias-primas de terceira geração, como as derivadas de microrganismos fotossintéticos (microalgas e cianobactérias), têm emergido como uma das mais promissoras fontes lipídicas devido principalmente à elevada eficiência fotossintética de produção de biomassa, rápida taxa de crescimento e produtividade quando comparada à culturas convencionais. Além da rápida reprodução elas são mais fáceis de cultivar do que muitos outros tipos de plantas superiores e podem produzir um alto rendimento de óleo para a produção de biodiesel (BHUIYA et al., 2015; KUMAR; SHARMA, 2015; HADDAD; FAWAZ, 2013; GONÇALVES; PIRES; SIMÕES, 2013; DEMIRBAS; DEMIRBAS, 2011; AMARO; GUEDES; MALCATA, 2011). No entanto, o cultivo de microrganismos fotossintéticos requer grandes áreas, iluminação artificial, longo período de fermentação o que eleva o custo desta técnica e a torna menos apreciável para a produção de biodiesel (CHEN et al., 2015; MILLEDGE; HEAVEN, 2013).

Uma alternativa aos óleos vegetais e aos lipídios de microalgas e cianobactérias são os óleos microbianos produzidos por leveduras, fungos e bactérias, pois estes microrganismos acumulam lipídios como um material de reserva durante seu crescimento em meios específicos e podem ser um novo recurso para a produção de biodiesel. Nos últimos anos, as pesquisas de novas espécies produtoras de óleos, permitiram um melhor entendimento das vias metabólicas para a produção de lipídio microbiano e a otimização de processos de cultivo utilizando como substratos vários tipos de biomassas residuais (SITEPU et al., 2015; LIANG; JIANG, 2015; MARTINEZ et al., 2015; FERREIRA et al., 2013).

2.6.2. Matérias-primas alcoólicas

As matérias-primas alcoólicas que podem ser usadas no processo de produção de biodiesel, incluem metanol, etanol, propanol, butanol e álcool amílico. Dentre estes, o metanol e o etanol são os álcoois mais frequentemente usados. O metanol é especialmente usado devido ao seu baixo custo e vantagens físicas e químicas, pois pode reagir com triacilglicerois rapidamente, além de dissolver facilmente catalisadores alcalinos.

Entretanto, devido ao seu baixo ponto de ebulição, há grande risco de explosões relativo aos seus vapores, que são incolores e inodoros, tornando-se um material extremamente perigoso e que deve ser manipulado cuidadosamente (LEUNG; WU; LEUNG, 2010). A Tabela 2.3 mostra as principais vantagens e desvantagens da utilização do etanol ou metanol como agente acilante na produção de biodiesel.

Tabela 2.3. Comparação das vantagens e desvantagens do etanol e metanol como agente acilante na obtenção de biodiesel

Etanol Metanol

Origem renovável Derivado do petróleo

Produto nacional O país é importador do produto

Não tóxico Tóxico

Processo complexo de

separação da glicerina Processo simples de separação da glicerina Fonte: própria

A substituição do metanol por etanol é uma estratégia incentivada pelo governo brasileiro em função da disponibilidade deste álcool no país, o qual é produzido em larga escala para ser misturado à gasolina, além de ser um produto obtido de fontes renováveis, tornando o processo de obtenção de biodiesel totalmente independente do petróleo, promovendo, desta forma, a produção de combustível completamente por meio de fontes renováveis. Esta opção, quando associada ao uso de processos enzimáticos em substituição a via química tradicional pode tornar a produção de biodiesel um processo totalmente inserido nos conceitos de rotas ambientalmente favoráveis (ADEWALE; DUMONTN; NGADI, 2015; PANNEERSELVAM et al., 2015; LOURINHO et al., 2014).

Destaca-se ainda que biodiesel etílico possa reduzir a opacidade na fumaça que o biodiesel metílico emite, sua temperatura de combustão é menor, significando, entre outras vantagens, redução nas emissões de particulados (BRUNSCHWIG; MOUSSAVOU; BLIN, 2011).

Deste modo, a implementação do biodiesel de natureza etílica no mercado nacional vem se consolidando cada vez mais, devido ao interesse crescente das empresas em investirem em negócios sustentáveis do ponto de vista econômico, ambiental e social. Além disso, existe uma grande valorização dos produtos químicos produzidos a partir de

recursos renováveis e ao baixo custo do etanol brasileiro (FAROBIE; MATSUMARA; 2015; YUSOFF; XU; GUO, 2014).