Avaliação do Ciclo de Vida do biodiesel de óleo de fritura
Estudos de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) do biodiesel de óleo de fritura são escassos quando comparados com os de outras matérias-primas tradicionais, como a colza (predominante na Europa) e a soja (prevalente no Brasil e nos EUA).
Os primeiros experimentos com o biodiesel no mundo aconteceram em 1900, e no Brasil, no final da década de 1920 – ambos com o óleo de amendoim. Experimentos com o óleo de fritura, tecnicamente chamado de óleo residual de fritura, ou ORF, só começam a acontecer em 1983 quando a Áustria conduz testes em motores e inicia a produção do biocombustível oriundo dessa matéria-prima1.
Já os primeiros estudos abordando a metodologia da ACV (não necessariamente com o biodiesel) só começaram a ser feitos no início dos anos 80. Desde então, vários trabalhos científicos foram publicados sobre as duas áreas (biodiesel e ACV), embora frequentemente de forma separada uma da outra.
Quando ambas se juntam e os estudos de ACV são voltados para o ORF, geralmente eles contemplam aspectos ambientais, mediante comparação dos impactos do óleo residual com os impactos de óleos vegetais virgens2. Em escala bem menor, há também estudos de ACV de ORF que focam nos aspectos técnicos. Portanto, estes dois aspectos serão abordados a seguir.
Aspectos técnicos
As variações de tempo e temperatura a que o ORF é exposto no processo de fritura, aliado aos mais variados tipos de comida que são mergulhados no óleo, exercem influência direta na qualidade e características físicas do biodiesel. Antes de seguir para a fase reativa, a depender do processo, o ORF deve ser pré-tratado se o índice de acidez estiver acima do recomendado.
No pré-tratamento do ORF, ele deve ser armazenado por um período de 24 a 36 horas em um tanque aquecido a 60°C3 para que possa ser decantado e, posteriormente, filtrado para a retirada de partes sólidas e outras impurezas que aderiram ao óleo durante o processo de fritura.
O resíduo resultante da decantação pode ser transformado em adubo ou usado como co-substrato em reações anaeróbicas3. Em seguida, o ORF precisa ser aquecido para eliminar o conteúdo de água nele contido4, uma vez que sua presença acelera a reação, reduzindo a formação do éster5.
Como não há grandes diferenças entre os óleos virgens e o ORF, basta aquecê-lo e filtrá-lo antes que seja enviado para a transesterificação no reator de mistura6. Após adicionar o álcool e o catalisador ao óleo, a reação resultará em biodiesel (produto principal) e glicerina (coproduto).
O biodiesel resultante da reação precisa apresentar características técnicas que atendam as exigências da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP)7 para que ele possa ser comercializado em todo o território brasileiro. A tabela a seguir mostra estas características.
Além da importância que as características técnicas têm para um combustível, para que o mesmo possa ser produzido de forma mais ou menos parecida em qualquer lugar seus parâmetros também exercem um papel fundamental.
Parametrização do biodiesel de ORF
Há vários estudos na literatura científica que abordam a parametrização do biodiesel de ORF sob a ótica de quatro variáveis: razão molar entre álcool e o óleo, concentração (quantidade) de catalisador, tempo e temperatura de reação.
Os autores de um dos estudos8 criaram vários cenários para determinar o quanto parâmetros diversos, tais como o tempo de reação variando entre 60–150 minutos, temperatura entre 60–90°C, razão molar entre álcool (etanol)/óleo de 6:1 a 15:1 e concentração de catalisador (massa de NaOH/massa de ORF) de 0,50% a 1,75% poderiam afetar a viscosidade do biodiesel de ORF.
Segundo os autores, os intervalos (mínimo e máximo) acima selecionados são comumente adotados pela literatura em testes do mesmo tipo. Os quatro parâmetros também são usados para determinar o rendimento do biodiesel8,9.
Os resultados do estudo mostraram que quanto mais alta foi a quantidade de catalisador, mais baixo foi o índice de viscosidade do biodiesel, até certo ponto, a partir do qual qualquer incremento na quantidade de catalisador resultava em um aumento no teor de viscosidade do óleo.
Nesse sentido, o ponto de otimização ocorreu com o catalisador concentrado a 1,25%, resultando numa viscosidade de 4,441 mm2/s. Concentrações de 0,50% (mínima) e de 1,75% (máxima) resultaram em viscosidades de 4,67 e 4,55 mm2/s, respectivamente8.
Segundo os autores, tal comportamento é atribuído ao fato de que em concentrações baixas, não há catalisador suficiente para reduzir a viscosidade do óleo de forma eficiente durante o tempo de reação. Da mesma forma, excesso de catalisador na reação pode promover a formação de sabão e resultar em teores mais altos de viscosidade do biodiesel10.
Com base nestas premissas, a concentração de 1,25% de catalisador foi utilizada como parâmetro para a variação dos cenários de temperatura, razão molar álcool/óleo e tempo de reação.
Assim como no teste com o catalisador, todos os cenários com as outras variáveis se comportaram da mesma forma: a viscosidade assumia teores sempre mais altos nos valores extremos (mínimo e máximo) de cada parâmetro, sendo que o ponto de otimização acontecia nos valores medianos.
Os resultados finais do estudo concluem que a melhor parametrização do biodiesel de ORF foi determinada com o etanol/óleo na razão molar de 12:1, tempo de 120 minutos, temperatura de reação de 70°C e hidróxido de sódio (NaOH) como catalisador na concentração de 1,25%, resultando numa viscosidade otimizada de 4,347 mm2/s.
Em estudo semelhante9, os resultados mostraram que a melhor parametrização para o biodiesel de ORF com metanol obedeceu as seguintes condições: razão molar álcool/óleo de 10:1, catalisador NaOH na quantidade de 1%, temperatura de 50–60°C e tempo de reação de 120 minutos – rendimento do óleo: 90,6%.
Em outro estudo11 com a mesma finalidade, a melhor parametrização para o biodiesel de ORF com metanol foi determinada nas seguintes condições: razão molar álcool/óleo de 12:1, catalisador NaOH na concentração de 1%, temperatura de reação a 60°C e tempo de reação de 120 minutos – o rendimento do éster foi de 95%.
Alguns estudos12,13 mostram que em certas situações um rendimento maior de éster alquílico pode ser obtido se o metanol for dosado em excesso para causar o deslocamento do equilíbrio da reação, obedecendo a proporções mais altas entre álcool e óleo, na razão molar de 1:40, por exemplo, ou até mesmo de 1:27514.
Portanto, os resultados apresentados pelos estudos acima, sobre a parametrização do biodiesel de ORF, sugerem que as quatro variáveis usadas nos cenários (razão molar entre álcool e óleo, concentração de catalisador, tempo e temperatura de reação) exercem influência direta sobre o rendimento e a viscosidade do biodiesel.
Entretanto, os resultados também sugerem haver um ponto de otimização que representa a melhor combinação entre o rendimento mais alto do éster e a menor viscosidade do óleo.
A tabela a seguir mostra a parametrização do biodiesel oriundo de óleo de fritura (exceto onde outra matéria-prima é sinalizada) e respectivos rendimentos máximos obtidos por diferentes estudos.
Aspectos ambientais
Em escala comercial, o biodiesel usa metanol importado como insumo, em vez de etanol produzido localmente, pois a produção do renovável é insuficiente para atender a demanda interna20, além de possuir tempo de reação mais longo e representar um custo maior do que o do metanol21.
Por estes e outros motivos (já explicados em outro artigo), o metanol é largamente o álcool preferido na produção de biodiesel no Brasil e no mundo22, apesar de ser mais perigoso.
A principal matéria-prima para fazer o metanol é o gás natural, o qual tem origem fóssil. Apesar de uma parte do biodiesel ser composta por metanol, na literatura científica ele é considerado uma fonte renovável de energia.
Como o biodiesel tem um conteúdo energético similar ao do óleo diesel23,24,25, ele se torna uma opção para a diminuição da dependência do combustível fóssil, independentemente de sua matéria-prima.
Diante desta constatação, a produção e consumo de biodiesel estão aumentando no Brasil e no mundo desde o ano 2000. Em paralelo a este crescimento também aumenta a preocupação por parte da comunidade científica em relação aos aspectos voltados para a sustentabilidade ambiental do biodiesel20,26.
A literatura mostra que o impacto ambiental decorrente da produção de biodiesel de oleaginosas tem um lado negativo, no qual grandes volumes podem aumentar as emissões de gases de efeito estufa (GEE) com origem na agricultura.
O aumento destes gases pode ocorrer tanto pelo uso de fertilizantes como pelas mudanças diretas e indiretas no uso do solo27,28, bem como pelo aumento das emissões de óxido de nitrogênio (NOx) e de monóxido de carbono (CO).
No caso do biodiesel de soja, a liberação de hexano durante seu processamento e da volatização da aplicação de agroquímicos resultam na presença de hidrocarbonetos (HC), os quais geram emissões mais altas quando todo o ciclo de vida é analisado, embora menores se medidas apenas no escapamento do veículo29.
Outro ponto levado em consideração pela literatura científica com relação ao biodiesel de soja é que ele faz uso intensivo de pesticidas, herbicidas, fertilizantes e produtos agroquímicos, os quais também exercem pressão no meio ambiente27,30.
Os resultados de um estudo27 que usou métodos de avaliação ambiental baseados em três indicadores para avaliar danos potenciais causados no solo, na água e no ar sugerem:
“[…] que o biodiesel de soja não pode ser considerado uma fonte totalmente renovável, uma vez que sua produção é fortemente dependente do uso de recursos não renováveis nas fases da agricultura, processo e transporte […]”.
P. 64, tradução livre
Ao se posicionarem favoráveis à necessidade de se fazer a avaliação de toda a cadeia produtiva de uma fonte alternativa de energia, os autores dizem que os benefícios ambientais não são tão claros como preconizados por outros estudos de ACV do biodiesel.
Os autores justificam que parte da energia utilizada na produção de biodiesel de soja tem origem fóssil, seja pelo uso de fertilizantes e agroquímicos, ou de maquinários na fase da agricultura e na fase industrial.
Eles sugerem ser necessário conduzir um estudo avaliativo completo de ACV que possibilite explorar as vantagens e desvantagens quanto ao uso do biodiesel oriundo de soja ou de qualquer outra fonte, porque a depender da matéria-prima utilizada, o processo de produção pode exigir grandes quantidades de combustível fóssil.
O biodiesel oriundo de ORF não está isento de problemas
Um procedimento corriqueiro na produção de alimentos é a fritura por imersão que utiliza óleos de gorduras vegetais como meio de transferência de calor. Esse procedimento é prejudicial ao meio ambiente, pois gera um volume significativo de óleos e gorduras que não têm um destino final apropriado31.
Não obstante, é exatamente o que acontece com a maior parte do ORF usado em residências no Brasil, cujo volume representa mais de 80% de todo o óleo gerado6. Se descartado no sistema de esgoto, pode causar seu entupimento (total ou parcial), além de poluir o solo, rios, lagos e aquíferos32.
Outro problema existente é com relação ao tempo de utilização destes óleos (o qual varia para cada estabelecimento), especialmente em função da falta de legislação que determine sua troca depois de utilizado31.
O uso repetido do óleo por imersão torna-o mais escuro e mais viscoso, com acidez elevada e odor desagradável. Em longo prazo, ocorre um processo de oxidação que é acelerado pela alta temperatura do processo de fritura, gerando subprodutos que alteram suas características físico-químicas, tornando-o impróprio para uso33.
Em um estudo de ACV34, os autores compararam os impactos ambientais do biodiesel oriundo de quatro matérias-primas diferentes (que eles chamam de quatro cenários): ORF, sebo bovino, gordura de frango e lama de esgoto. Os autores usaram estas matérias-primas para produzir uma tonelada de biodiesel (unidade funcional) em cada um dos cenários adotados, cujos inventários foram alimentados pela ferramenta de ACV SimaPro.
Os autores focaram na análise de seis categorias de impacto: Formação Fotoquímica de Oxidantes (FFO), Mudança Climática (MC), Acidificação Terrestre (AT), Eutrofização (Eut), Depleção da Camada de Ozônio (DCO) e Demanda Cumulativa de Energia Fóssil (CED), do inglês Cumulative Energy Demand.
Quando os autores compararam as fases do processo produtivo de cada cenário, os maiores impactos ambientais foram decorrentes da demanda por energia térmica ou elétrica, tanto na fase de processamento quanto na transesterificação. Isso ocorreu em todas as categorias, exceto FFO e Eut.
Quando a comparação ocorreu entre as matérias-primas, os autores sugerem que o biodiesel de ORF obteve os melhores resultados em cinco categorias, exceto na Eut. Os maiores impactos foram computados para o biodiesel oriundo de lama de esgoto (nas categorias Eut, DCO, FFO e CED) e para o biodiesel de gordura de frango (nas categorias MC e AT).
Em outro cenário do mesmo estudo, os autores compararam os impactos ambientais do óleo diesel, do biodiesel de soja e do biodiesel de colza com os impactos ambientais do biodiesel das quatro matérias-primas citadas acima.
Os autores sugerem que os melhores resultados (ou menores impactos) ocorreram da seguinte forma:
- O biodiesel de ORF foi o melhor de todos na categoria MC
- O biodiesel de ORF empatou com o diesel na categoria AT
- O biodiesel de soja foi o melhor nas categorias DCO e CED
- O óleo diesel foi melhor na categoria Eut
Com relação aos piores resultados (ou maiores impactos), o estudo sugere:
- O óleo diesel foi o pior de todos nas categorias MC, DCO e CED
- O biodiesel de colza teve o pior resultado de todos nas categorias AT e Eut
- O biodiesel de soja teve o pior resultado de todos na categoria FFO
Os autores concluem o estudo sugerindo que, no geral, o diesel fóssil e o biodiesel de colza tiveram os piores resultados entre as sete opções avaliadas, ao passo que o biodiesel de ORF foi o que teve o melhor desempenho e, portanto, foi recomendado como sendo a melhor opção – em termos de redução de impactos ambientais – para a produção de biodiesel entre as matérias-primas avaliadas.
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Sobre o autor | Fernando Oliveira
Fernando é o fundador e editor da Sustenare. Ele é administrador de empresas, cientista da computação e doutor em energia pela Universidade de São Paulo (USP). Fernando morou nos Estados Unidos por dez anos, país onde cursou universidade e trabalhou por igual período para empresas de tecnologia e do ramo editorial.
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Outros artigos sobre biodiesel e políticas públicas publicados por Fernando Oliveira (em inglês):
• History, evolution, and environmental impact of biodiesel in Brazil: A review
• The Brazilian social fuel stamp program: Few strikes, many bloopers and stumbles
• Biodiesel in Brazil Should Take Off with the Newly Introduced Domestic Biofuels Policy: RenovaBio
• From Kyoto to Paris: Measuring renewable energy policy regimes in Argentina, Brazil, Canada, Mexico and the United States
