Obtenção de Etanol a partir da Biomassa Residual de Laranja
Resumo
O trabalho tem como objetivo a utilização da biomassa e todo o recurso renovável como fonte de energia a biomassa, sendo energia química, se destaca pela alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, conversão e transporte. Sua utilização não tem impacto tão grande na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instaladas de transporte e produção de energia elétrica. Assim, o presente projeto tem como finalidade desenvolver uma metodologia para a obtenção de etanol a partir de resíduos da laranja com materiais presentes no cotidiano.
O projeto surgiu através de observação direta sobre grande quantidade de casca de laranja, que são descartadas em lixos comerciais de casas de sucos e restaurantes, na cidade de Duque de Caxias. Partindo desta observação surgiu o interesse de realizar experimentos para obtenção de produzir álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja.
O processo consiste em algumas etapas: coleta de sobras da referida fruta cítrica em feiras livres, lanchonetes, restaurantes e mercados e posterior hidrólise do material, fermentação, separação por destilação e identificação do combustível obtido.
A produção de álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja é uma forma de agregar valores às sobras desta fruta, portanto, sua utilização como combustível, ajudar a minimizar e até mesmo reduzir os impactos produzidos no meio ambiente.
I - Introdução
Biomassa é todo o recurso renovável proveniente de matéria orgânica que pode ser utilizada como fonte de energia, do ponto de vista energético. De uma maneira geral, o aproveitamento da biomassa pode ser feito de forma direta, como na combustão em fornos e caldeiras e na alimentação de gados, ou de forma indireta através de processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação), ou de processos biológicos (digestão anaeróbica e fermentação). Na Figura 1 estão descritas as principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa.
Como vantagens da utilização da biomassa em substituição aos combustíveis fósseis pode-se citar a menor poluição atmosférica global e localizada, estabilidade do ciclo de carbono e maior emprego de mão de obra.
Figura 1: Principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa
Em relação a outros tipos de energias renováveis, a biomassa, sendo energia química, se destaca pela alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, conversão e transporte. Outra vantagem é a semelhança entre os motores e sistemas de produção de energia com utilização de biomassa e os que utilizam energias fósseis. De forma que a substituição não teria impacto tão grande na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instaladas de transporte e produção de energia elétrica.
O Bioetanol é o gênero que compreende todos os processos de obtenção de etanol cuja matéria-prima empregada seja a biomassa, como por exemplo, a cana-de-açúcar, o milho e a celulose. É um tipo de biocombustível. No Brasil ele é produzido em grande escala utilizando como matéria prima a cana-de-açúcar. Há também a produção em outros países como os EUA que utilizam o milho. Entretanto o processo brasileiro é o mais avançado, pois para cada unidade de energia utilizada no processo é gerado cerca de 8 unidades de energia na forma de etanol enquanto no processo americano essa relação é de cerca de 1 para 1,3. O álcool etílico pode ser obtido por várias formas de biomassa, sendo a cana de açúcar a realidade atual. Investimentos portentosos estão sendo efetuados para viabilizar a produção do álcool a partir da celulose. Pesquisas nessa área também estão sendo realizadas para transformar o bagaço da cana-de-açúcar em etanol, num processo chamado hidrólise lignocelulósica.
A biomassa residual da laranja é uma potencial fonte para produção de álcool combustível. As sobras desta fruta são ricas em pectina, celulose e polissacarídeos hemicelulósicos, que podem ser hidrolisados em açúcares e fermentados a álcool. Atualmente o principal produto da laranja é o suco, porém vários subprodutos com valor comercial são obtidos durante o seu processo de fabricação. Entre esses subprodutos estão os óleos essenciais (óleos voláteis que são retirados da casca da laranja), limonene (fração oleosa obtida da destilação dos resíduos úmidos da laranja) e o farelo de polpa cítrica (obtido por meio do tratamento de resíduos sólidos e líquidos remanescentes da extração do suco). Eles possuem diferentes aplicações no mercado interno e externo, as quais incluem fabricação de produtos químicos e solventes, aromas e fragrâncias, tintas, cosméticos e complemento para ração animal.
Figura 2 : Rendimento da laranja
Produzir álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja é uma forma de agregar valor às sobras desta fruta. Assim, o presente projeto tem como finalidade desenvolver uma metodologia para a obtenção de etanol a partir de resíduos da laranja com materiais presentes no dia a dia dos alunos. O processo consiste em algumas etapas: coleta de sobras da referida fruta cítrica em feiras livres, lanchonetes, restaurantes e mercados e posterior hidrólise do material, fermentação, separação por destilação e identificação do combustível obtido.
II - Metodologia
O procedimento adotado é simples e econômico. A Figura 3 apresenta um fluxograma simplificado do processo de obtenção de etanol a partir de resíduo da laranja.
http://C:\Documents and Settings\Administrador\Meus documentos\minhas imagens\Minhas digitalizações and Settings\Administrador\Meus documentos\minhas imagens\Minhas digitalizações
Figura 3 apresenta um fluxograma simplificado do processo de obtenção de etanol a partir de resíduo da laranja
Conforme observado na Figura 3, a biomassa residual da laranja deve ser misturada a água para a reação de hidrólise. Neste caso, não há a necessidade de adição de ácido orgânico para catalisar a hidrólise, pois os ácidos cítricos orgânicos presentes na biomassa são suficientes para o processo. O sistema precisa ser agitado e levemente aquecido para acelerar a reação. Em seguida, posto em repouso por um tempo a ser determinado. Ao término, ocorrerá a conversão da biomassa em açúcar. Antes da etapa de fermentação os sólidos devem ser pressionados e separados da mistura hidrolisada. O pH deve ser medido para uma eventual necessidade de aumento do mesmo de formar a tornar o meio levemente ácido.
Para etapa de fermentação, deve-se adicionar fermento orgânico ao líquido recém preparado. Os óleos essenciais da casca da laranja (d-limonene e terpenos) não inibem a fermentação apenas diluem o líquido fermentado (cerveja). A fermentação do mosto deve ocorrer na ausência de ar e esse processo demora aproximadamente 50 horas. Espera-se que a quantidade de álcool obtida fique em torno de 13% do total do mosto de fermentação, pois quantidades maiores não são possíveis, já que impedem a sobrevivência dos microrganismos. Outros álcoois superiores, como propanol e pentanol, normalmente são produzidos em pequenas quantidades, mas são eliminados na etapa de destilação.
A separação do álcool etílico do mosto de fermentação deve ser realizada utilizando um sistema de destilação simples. Tal processo é baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição das substâncias. A Figura 4 mostra um sistema alternativo de destilação simples.
Figura 4: sistema alternativo de destilação
O etanol assim obtido contém ao redor de 4% de água, conhecido como álcool 96oGL (96 graus Gay –Lussac). A destilação apenas concentra o álcool etílico, pois ocorre a formação de um azeótopo (mistura de ponto de ebulição constante) a 96%v/v de etanol em água. Assim, o etanol puro não pode ser obtido por destilação. A indústria utiliza agentes desidratantes, como cal viva (CaO) para obter álcool anidro.
O álcool etílico obtido após a destilação dever ser identificado pelo teste de ponto de ebulição. Neste, parte do líquido será aquecida em frasco apropriado e será observado, com o auxilio de um termômetro, o seu ponto de ebulição que é de 78oC.
Materiais e Reagente:
• Panela de pressão
• Tubos de látex
• Água destilada
• Biomassa residual de laranja
• Pistilo
• Estilete
• Cuba
• Tubos de ensaio
• Rolha de cortiça
• Suporte universal
• Pinça de madeira
• Bico de bunsen
• Fósforo
• Fermento orgânico
O trabalho tem como objetivo a utilização da biomassa e todo o recurso renovável como fonte de energia a biomassa, sendo energia química, se destaca pela alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, conversão e transporte. Sua utilização não tem impacto tão grande na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instaladas de transporte e produção de energia elétrica. Assim, o presente projeto tem como finalidade desenvolver uma metodologia para a obtenção de etanol a partir de resíduos da laranja com materiais presentes no cotidiano.
O projeto surgiu através de observação direta sobre grande quantidade de casca de laranja, que são descartadas em lixos comerciais de casas de sucos e restaurantes, na cidade de Duque de Caxias. Partindo desta observação surgiu o interesse de realizar experimentos para obtenção de produzir álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja.
O processo consiste em algumas etapas: coleta de sobras da referida fruta cítrica em feiras livres, lanchonetes, restaurantes e mercados e posterior hidrólise do material, fermentação, separação por destilação e identificação do combustível obtido.
A produção de álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja é uma forma de agregar valores às sobras desta fruta, portanto, sua utilização como combustível, ajudar a minimizar e até mesmo reduzir os impactos produzidos no meio ambiente.
I - Introdução
Biomassa é todo o recurso renovável proveniente de matéria orgânica que pode ser utilizada como fonte de energia, do ponto de vista energético. De uma maneira geral, o aproveitamento da biomassa pode ser feito de forma direta, como na combustão em fornos e caldeiras e na alimentação de gados, ou de forma indireta através de processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação), ou de processos biológicos (digestão anaeróbica e fermentação). Na Figura 1 estão descritas as principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa.
Como vantagens da utilização da biomassa em substituição aos combustíveis fósseis pode-se citar a menor poluição atmosférica global e localizada, estabilidade do ciclo de carbono e maior emprego de mão de obra.
Figura 1: Principais tecnologias de aproveitamento energético da biomassa
Em relação a outros tipos de energias renováveis, a biomassa, sendo energia química, se destaca pela alta densidade energética e pelas facilidades de armazenamento, conversão e transporte. Outra vantagem é a semelhança entre os motores e sistemas de produção de energia com utilização de biomassa e os que utilizam energias fósseis. De forma que a substituição não teria impacto tão grande na indústria de produção de equipamentos, nem nas bases instaladas de transporte e produção de energia elétrica.
O Bioetanol é o gênero que compreende todos os processos de obtenção de etanol cuja matéria-prima empregada seja a biomassa, como por exemplo, a cana-de-açúcar, o milho e a celulose. É um tipo de biocombustível. No Brasil ele é produzido em grande escala utilizando como matéria prima a cana-de-açúcar. Há também a produção em outros países como os EUA que utilizam o milho. Entretanto o processo brasileiro é o mais avançado, pois para cada unidade de energia utilizada no processo é gerado cerca de 8 unidades de energia na forma de etanol enquanto no processo americano essa relação é de cerca de 1 para 1,3. O álcool etílico pode ser obtido por várias formas de biomassa, sendo a cana de açúcar a realidade atual. Investimentos portentosos estão sendo efetuados para viabilizar a produção do álcool a partir da celulose. Pesquisas nessa área também estão sendo realizadas para transformar o bagaço da cana-de-açúcar em etanol, num processo chamado hidrólise lignocelulósica.
A biomassa residual da laranja é uma potencial fonte para produção de álcool combustível. As sobras desta fruta são ricas em pectina, celulose e polissacarídeos hemicelulósicos, que podem ser hidrolisados em açúcares e fermentados a álcool. Atualmente o principal produto da laranja é o suco, porém vários subprodutos com valor comercial são obtidos durante o seu processo de fabricação. Entre esses subprodutos estão os óleos essenciais (óleos voláteis que são retirados da casca da laranja), limonene (fração oleosa obtida da destilação dos resíduos úmidos da laranja) e o farelo de polpa cítrica (obtido por meio do tratamento de resíduos sólidos e líquidos remanescentes da extração do suco). Eles possuem diferentes aplicações no mercado interno e externo, as quais incluem fabricação de produtos químicos e solventes, aromas e fragrâncias, tintas, cosméticos e complemento para ração animal.
Figura 2 : Rendimento da laranja
Produzir álcool combustível a partir da biomassa residual da laranja é uma forma de agregar valor às sobras desta fruta. Assim, o presente projeto tem como finalidade desenvolver uma metodologia para a obtenção de etanol a partir de resíduos da laranja com materiais presentes no dia a dia dos alunos. O processo consiste em algumas etapas: coleta de sobras da referida fruta cítrica em feiras livres, lanchonetes, restaurantes e mercados e posterior hidrólise do material, fermentação, separação por destilação e identificação do combustível obtido.
II - Metodologia
O procedimento adotado é simples e econômico. A Figura 3 apresenta um fluxograma simplificado do processo de obtenção de etanol a partir de resíduo da laranja.
http://C:\Documents and Settings\Administrador\Meus documentos\minhas imagens\Minhas digitalizações and Settings\Administrador\Meus documentos\minhas imagens\Minhas digitalizações
Figura 3 apresenta um fluxograma simplificado do processo de obtenção de etanol a partir de resíduo da laranja
Conforme observado na Figura 3, a biomassa residual da laranja deve ser misturada a água para a reação de hidrólise. Neste caso, não há a necessidade de adição de ácido orgânico para catalisar a hidrólise, pois os ácidos cítricos orgânicos presentes na biomassa são suficientes para o processo. O sistema precisa ser agitado e levemente aquecido para acelerar a reação. Em seguida, posto em repouso por um tempo a ser determinado. Ao término, ocorrerá a conversão da biomassa em açúcar. Antes da etapa de fermentação os sólidos devem ser pressionados e separados da mistura hidrolisada. O pH deve ser medido para uma eventual necessidade de aumento do mesmo de formar a tornar o meio levemente ácido.
Para etapa de fermentação, deve-se adicionar fermento orgânico ao líquido recém preparado. Os óleos essenciais da casca da laranja (d-limonene e terpenos) não inibem a fermentação apenas diluem o líquido fermentado (cerveja). A fermentação do mosto deve ocorrer na ausência de ar e esse processo demora aproximadamente 50 horas. Espera-se que a quantidade de álcool obtida fique em torno de 13% do total do mosto de fermentação, pois quantidades maiores não são possíveis, já que impedem a sobrevivência dos microrganismos. Outros álcoois superiores, como propanol e pentanol, normalmente são produzidos em pequenas quantidades, mas são eliminados na etapa de destilação.
A separação do álcool etílico do mosto de fermentação deve ser realizada utilizando um sistema de destilação simples. Tal processo é baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição das substâncias. A Figura 4 mostra um sistema alternativo de destilação simples.
Figura 4: sistema alternativo de destilação
O etanol assim obtido contém ao redor de 4% de água, conhecido como álcool 96oGL (96 graus Gay –Lussac). A destilação apenas concentra o álcool etílico, pois ocorre a formação de um azeótopo (mistura de ponto de ebulição constante) a 96%v/v de etanol em água. Assim, o etanol puro não pode ser obtido por destilação. A indústria utiliza agentes desidratantes, como cal viva (CaO) para obter álcool anidro.
O álcool etílico obtido após a destilação dever ser identificado pelo teste de ponto de ebulição. Neste, parte do líquido será aquecida em frasco apropriado e será observado, com o auxilio de um termômetro, o seu ponto de ebulição que é de 78oC.
Materiais e Reagente:
• Panela de pressão
• Tubos de látex
• Água destilada
• Biomassa residual de laranja
• Pistilo
• Estilete
• Cuba
• Tubos de ensaio
• Rolha de cortiça
• Suporte universal
• Pinça de madeira
• Bico de bunsen
• Fósforo
• Fermento orgânico
