A cavitação como um fator de mudança na produção de biodiesel

O biodiesel é amplamente reconhecido como um substituto mais ecológico dos combustíveis fósseis, mas conseguir uma produção de baixo custo, estável e altamente eficiente continua a ser um grande obstáculo. Um dos factores mais promissores para o progresso é a cavitação. A Tecnologia de Cavitação RAPTECH gera bolhas de vapor microscópicas que colapsam com grande intensidade, criando aquecimento localizado, forças de cisalhamento e uma poderosa micro-mistura. Este mecanismo físico simples tem o potencial de melhorar drasticamente todas as fases do fabrico de biodiesel.

• Pré-tratamento: Degomagem e condicionamento

Os óleos vegetais e as gorduras animais contêm normalmente gomas, ceras e compostos de fósforo que têm de ser removidos antes da conversão em biodiesel. Estas impurezas reduzem a qualidade do combustível e danificam os catalisadores mais adiante no processo. A cavitação proporciona uma mistura extrema e zonas de alta energia ("pontos quentes") que rompem as estruturas da goma e libertam o fósforo ligado. Isto reduz a dependência de químicos ou enzimas adicionais, levando a uma fase de pré-tratamento mais limpa, mais rápida e mais económica. [Jiang et al., 2013]

• Esterificação de óleos com elevado teor de AGL

As matérias-primas, como os óleos alimentares usados ou as gorduras animais, são baratas e sustentáveis, mas contêm frequentemente níveis elevados de ácidos gordos livres (AGL). Normalmente, requerem um pré-tratamento complexo, o que aumenta os custos. A cavitação acelera drasticamente a reação de esterificação entre os AGL e o álcool, reduzindo os níveis de AGL em poucos minutos. Isto torna matérias-primas anteriormente problemáticas ou de "baixo valor" adequadas para biodiesel, abrindo caminho para a reutilização em larga escala de gorduras residuais. [Supardan et al., 2012]

• Transesterificação: A Reação Central

No centro da produção de biodiesel está a transesterificação de triglicéridos em ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) e glicerol. As abordagens tradicionais de tanque agitado levam horas, usam excesso de metanol e catalisador e exigem equipamentos de grande porte. A cavitação melhora a transferência de massa e a mistura, reduzindo os tempos de reação para apenas alguns minutos. Também minimiza o consumo de produtos químicos e permite reatores de fluxo contínuo mais pequenos, que reduzem os custos, simplificam o escalonamento e melhoram a eficiência do processo. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Separação e purificação

Após a conclusão da reação, o biodiesel deve ser separado do glicerol e dos resíduos. Os métodos padrão geram frequentemente emulsões difíceis que atrasam a purificação. A cavitação reduz as reacções secundárias, a formação de sabão e a estabilidade da emulsão, resultando numa separação muito mais limpa. Isto encurta o tempo de purificação, reduz a utilização de recursos e proporciona um biodiesel de maior qualidade. [Rathod et al., 2017]

c 3s5b1r3e5a6kEsquema de um reator de cavitação hidrodinâmica, adaptado de Rathod et al,2017

• Armazenamento e EstabilidadeMesmo

depois de produzido, o biodiesel pode enfrentar problemas de separação de componentes menores, instabilidade e desempenho de combustão irregular. A cavitação oferece um meio puramente físico de re-homogeneizar o combustível armazenado. Ao assegurar uma dispersão à escala nanométrica e uma forte micro-mistura, melhora a estabilidade da mistura, melhora a atomização e reduz os hidrocarbonetos não queimados e as partículas durante a utilização do motor. A investigação demonstrou que o tratamento por cavitação contribui para um combustível mais uniforme e uma combustão mais limpa. [Dziza et al., 2012]

Conclusão

Ao integrar a Tecnologia de Cavitação, os produtores de biodiesel podem obter rendimentos mais elevados, maior flexibilidade da matéria-prima, custos de produção mais baixos e melhor estabilidade do combustível a longo prazo. Em vez de ganhos incrementais de eficiência, a cavitação representa uma mudança radical no processamento de biodiesel - tornando os combustíveis renováveis mais competitivos, escaláveis e sustentáveis para o futuro.

Autor: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Referências Selecionadas

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Otimização da produção de biodiesel em um reator de cavitação hidrodinâmica usando óleo de fritura usado.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Rathod, V. K., et al. (2017).
• Produção e purificação de biodiesel a partir de óleo de fritura usado usando cavitação hidrodinâmica.
• Supardan et al. (2012) "Produção de biodiesel a partir de óleo de cozinha usado usando cavitação hidrodinâmica", Makara Journal of Technology: Vol. 16: Iss.
• 2, Artigo 10.
• Jiang, L., et al. (2013). Ultrassom assistida degomagem enzimática de óleo de colza.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). As influências do processo de irradiação ultra-sónica sobre a estabilidade à oxidação de misturas de biodiesel RME. Revista de Investigação em Ciências Agrárias, 44(1), 280-284.