9.1 Terminologia para Óleos Vegetais e Gorduras Animais

9.1 Terminologia para Óleos Vegetais e Gorduras Animais

Gorduras é um termo genérico para lipídios, uma classe de compostos em bioquímica. Você os conhece como materiais gordurosos e sólidos encontrados em tecidos animais e em algumas plantas – óleos que são sólidos à temperatura ambiente.

O óleo vegetal é a gordura extraída de fontes vegetais. Podemos ser capazes de extrair óleo de outras partes de uma planta, mas as sementes são a principal fonte de óleo vegetal. Tipicamente, os óleos vegetais são utilizados na culinária e para usos industriais. Em comparação com a água, os óleos e gorduras têm um ponto de ebulição muito mais elevado. No entanto, existem alguns óleos vegetais que não são bons para consumo humano, uma vez que os óleos destes tipos de sementes exigiriam um processamento adicional para remover sabores desagradáveis ou mesmo químicos tóxicos. Estes incluem óleo de colza e de algodão.

As gorduras animais vêm de diferentes animais. O sebo é gordura de bovino e a banha de porco é gordura de porco. Há também gordura de frango, gordura de gordura de banha (de baleias), óleo de fígado de bacalhau, e ghee (que é uma gordura borboleta). As gorduras animais tendem a ter mais ácidos gordos livres do que os óleos vegetais.

Quimicamente, as gorduras e óleos também são chamados de “triglicéridos”. Eles são ésteres de glicerol, com uma mistura variável de ácidos graxos. A figura 9.1 mostra um diagrama genérico da estrutura sem o uso de fórmulas químicas.

Figure 9.1: Um diagrama genérico de óleos e gorduras; um ácido graxo livre é quando o ácido graxo se separa do glicerol.

Credit: BEEMS Module B4

Então o que é glicerol? É também conhecida como glicerina/glicerina. Outros nomes para glicerol incluem: 1,2,3-propano-triol, 1,2,3-tri-hidroxi-propano, gliceritol, e álcool glicílico. É um líquido viscoso incolor, inodoro, higroscópico (ou seja, atrai água) e de sabor doce. A figura 9.2 mostra a estrutura química em duas formas diferentes.

Figure 9.2: Estrutura química do glicerol.

Credit: BEEMS Module B4

Então agora precisamos definir quais são os ácidos graxos. Essencialmente, os ácidos gordos são hidrocarbonetos de cadeia longa com um ácido carboxílico. A figura 9.3a mostra a estrutura química genérica de um ácido graxo com o ácido carboxílico.

Figure 9.3a: Estrutura química genérica do ácido carboxílico.

Credit: BEEMS Module B4

Figure 9.3b mostra diferentes estruturas químicas dos ácidos graxos. As estruturas químicas são mostradas como estruturas químicas de linha, onde cada ponto das ligações é um átomo de carbono e o número correcto de átomos de hidrogénio depende da existência de uma ligação simples ou dupla. Os ácidos gordos podem ser saturados (com ligações de hidrogénio) ou insaturados (com algumas ligações duplas entre átomos de carbono). Devido ao metabolismo das culturas de oleaginosas, os ácidos gordos formados naturalmente contêm um número uniforme de átomos de carbono. Na química orgânica, os átomos de carbono têm quatro pares de elétrons disponíveis para compartilhar com outro átomo de carbono, hidrogênio ou oxigênio. Os ácidos graxos livres não estão ligados a glicerol ou outras moléculas. Eles podem ser formados a partir da decomposição ou hidrólise de um triglicérido.

Figure 9.3b: Outros ácidos de cadeia longa, tais como ácidos estéreis, palmíticos, oléicos e linoleicos.

Crédito: BEEMS Módulo B4

Os ácidos gordos mostrados têm propriedades ligeiramente diferentes. O ácido palmítico é encontrado no óleo de palma. A Figura 9.4 mostra a relação de cada ácido graxo com o seu tamanho e saturação. Os ácidos palmítico e estérico são ácidos gordos saturados, enquanto que os ácidos oleico e linoleico são insaturados com diferentes quantidades de ligações duplas. A Figura 9.4 mostra diferentes quantidades de átomos de carbono em relação ao número de duplas ligações no composto.

Figure 9.4: Série de ácidos gordos. A razão representa os átomos de carbono: ligações duplas no composto.

Crédito: Módulo BEEMS B4

Figure 9.5a mostra a parte do triglicérido que é um ácido graxo e a parte que é glicerol, incluindo estruturas químicas desta vez. A estrutura química mostrada aqui é um triglicérido saturado.

Figure 9.5a: Estrutura química do triglicérido, apontando as partes de ácidos graxos e parte de glicerol.

Credit: BEEMS Module B4

Então, discutimos o que são gorduras e óleos. Agora, o que é biodiesel? O que é, pelo menos, uma definição? É um combustível diesel que foi gerado a partir de biomassa. No entanto, existem diferentes tipos de biodiesel. O tipo de biodiesel mais comumente conhecido é um combustível composto por ésteres monoalquílicos (normalmente ésteres metílicos ou etílicos) de ácidos gordos de cadeia longa derivados de óleos vegetais ou gorduras animais – isto de acordo com a ASTM D6551. Uma ASTM é um documento que contém as normas para determinados tipos de produtos químicos, particularmente materiais industriais. Esta é uma definição verbal que não nos mostra realmente o que é quimicamente.

Então quando falamos de um grupo alquilo, é um radical univalente que contém apenas átomos de carbono e hidrogénio numa cadeia de hidrocarbonetos, com uma fórmula atómica geral de CnH2n+1. Exemplos incluem:

Figure 9.5b: Grupos alquílicos definidos para grupos metil e etílico.

Crédito: Módulo BEEMS B4

Um outro termo que precisamos saber é um éster. Os ésteres são compostos orgânicos onde um grupo alquilo substitui um átomo de hidrogênio em um ácido carboxílico. Por exemplo, se o ácido for ácido acético e o grupo alquilo for o grupo metilo, o éster resultante chama-se acetato de metilo. A reacção do ácido acético com metanol irá formar acetato de metilo e água; a reacção é mostrada abaixo na Figura 9.6. Um éster formado neste método é uma reacção de condensação; é também conhecido como esterificação. Estes ésteres também são chamados de ésteres de carboxilato.

Figure 9.6: Reação do ácido acético com metanol para formar acetato de metila e água.

Credit: BEEMS Module B4

Esta é a reação básica que ajuda a formar o biodiesel. A Figura 9.7 mostra as diferentes partes da estrutura química do biodiesel, o ácido gordo éster metílico, ou éster metílico de ácido gordo (FAME).

Figure 9.7: A estrutura química do biodiesel típico, o ácido graxo de éster metílico, ou FAME.

Crédito: Módulo BEEMS B4

Então, neste ponto, vamos nos certificar de saber o que temos discutido. O biodiesel é um éster metílico (ou etilo) de um ácido gordo. É feito de óleo vegetal, mas não é um óleo vegetal. Se temos 100% de biodiesel, é conhecido como B100 – é um óleo vegetal que foi transesterificado para fazer biodiesel. Deve cumprir as normas ASTM de biodiesel para se qualificar para garantias e vender como biodiesel e qualificar-se para quaisquer créditos fiscais. Na maioria das vezes, ele é misturado com diesel à base de petróleo. Se for B2, tem 2% de biodiesel e 98% de diesel à base de petróleo. Outras misturas incluem: B5 (5% biodiesel), B20 (20% biodiesel), e B100 (100% biodiesel). Discutiremos porque as misturas são utilizadas na secção seguinte. E para ser claro: às vezes o óleo vegetal é utilizado em motores diesel, mas pode causar problemas de desempenho e deteriorar os motores ao longo do tempo. Às vezes, o óleo vegetal e o álcool são misturados em emulsões, mas que ainda não é biodiesel, pois tem propriedades diferentes do biodiesel.

Então, se o óleo vegetal reto (SVO) vai funcionar em um motor diesel, por que não usá-lo? O óleo vegetal é significativamente mais viscoso (gooey é um termo não-técnico) e tem propriedades de combustão mais pobres. Pode causar: depósitos de carbono, má lubrificação dentro do motor e desgaste do motor, e tem problemas de arranque a frio. Os óleos vegetais têm gomas naturais que podem causar obstrução nos filtros e injetores de combustível. E, para um motor diesel, o tempo de injeção é jogado fora e pode causar batidas do motor. Existem maneiras de mitigar estes problemas, que incluem: 1) misturar com diesel à base de petróleo (geralmente < 20%), 2) pré-aquecer o óleo, 3) fazer microemulsões com álcoois, 4) “rachar” o óleo vegetal, e 5) usar o método de conversão de SVO em biodiesel usando transesterificação. Outros métodos também são usados, mas por enquanto, vamos nos concentrar no biodiesel a partir da transesterificação. A Tabela 9.1 mostra três propriedades do diesel nº 2, do biodiesel e do óleo vegetal. Como você pode ver, a principal mudança está na viscosidade. O nº 2 do diesel e do biodiesel têm viscosidades semelhantes, mas os óleos vegetais têm muita viscosidade e podem causar grandes problemas em tempo frio. Esta é a principal razão para converter o SVO em biodiesel.