Síntese e caracterização de catalisador heterogêneo a base de esterco para produção de biodiesel

Abstract

O estudo explora o potencial do esterco de animais rurais (bovino, suíno, caprino, ovino e galinha) como catalisadores sustentáveis e de baixo custo para a produção de biodiesel, uma alternativa energética renovável. A metodologia envolveu a coleta dos estercos no Instituto Federal de Pernambuco (IFPE) – Campus Vitória de Santo Antão, seguida por secagem e calcinação. Na etapa de secagem, o esterco de cabra apresentou o maior rendimento (86,76%), enquanto o bovino obteve o menor (19,78%). Após a calcinação em mufla à 900 °C por 3 h, o bovino destacou-se com o maior rendimento (89,90%) e o de galinha apresentou o menor (59,35%). A caracterização dos óxidos foi realizada por Espectroscopia na região do Infravermelho por Transformada de Fourier com Refletância Total Atenuada (FTIR-ATR), Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios-X (EDS). O FTIR revelou a presença de grupos orgânicos, sílica, carbonatos e fosfatos nos estercos secos. Após a calcinação, o FTIR indicou a formação de óxido de cálcio (CaO) e a persistência de sílica e fosfatos. O DRX, identificou as fases cristalinas predominantes nos catalisadores calcinados, destacando a presença de óxido de cálcio (CaO), β-fosfato tricálcico (Ca3(PO4)2) e sílica (SiO2). O MEV evidenciou a morfologia irregular dos catalisadores calcinados, resultado da alta temperatura de calcinação, que causa a volatilização de materiais orgânicos e liberação de CO2 para formação dos óxidos. A análise por EDS quantificou elementos como cálcio, silício, fósforo, potássio e magnésio. Os resultados indicaram uma predominância de cálcio nos óxidos de galinha (33,2%), porco e vaca (~24%). O Óxido-Porco se destacou pela maior presença de magnésio (11,4%) e estrôncio (0,2%). Em contraste, o Óxido-Ovelha apresentou baixas concentrações de cálcio e magnésio, mas um alto teor de silício (19,5%). A síntese do biodiesel foi conduzida por transesterificação do óleo de soja refinado com metanol, empregando 5% (m/m) do catalisador de esterco, sob refluxo por 5 h. Todas as reações foram realizadas sob a mesma condição, mudando-se apenas a natureza do catalisador. A formação do biodiesel foi confirmada por cromatografia em camada delgada (CCD). Após a reação, o catalisador foi isolado por filtração, o biodiesel foi separado da glicerina por centrifugação e o excesso do álcool foi removido por rota-evaporação resultando em um produto translúcido. Os rendimentos de reação variaram conforme o catalisador utilizado: Óxido-Ovelha (78,1%), Óxido-Galinha (65,5%), Óxido-Porco (49,8%), Óxido-Cabra (44,1%) e Óxido-Vaca (40,1%). A caracterização final do biodiesel por FTIR confirmou a formação dos ésteres metílicos, e a análise dos catalisadores recuperados por FTIR indicou a formação de gliceróxido de cálcio, atuando como um intermediário ativo na reação. Este estudo demonstra a promissora aplicação dos estercos animais como catalisadores para a produção sustentável de biodiesel, contribuindo para o avanço de energias renováveis.