Transformar óleo alimentar usado em biodiesel fiável para motores diesel

O óleo alimentar usado é uma das matérias-primas de biodiesel mais atractivas atualmente disponíveis. É de baixo custo, está amplamente disponível e ajuda a resolver um problema de eliminação. Mas também apresenta um desafio de processamento bem conhecido: as matérias-primas pobres, como os óleos vegetais usados, os óleos alimentares usados, as gorduras de fritura, as gorduras animais, o sebo ou os óleos de peixe, são mais difíceis de converter eficazmente do que os óleos virgens refinados.

Um estudo recente sobre a transesterificação assistida por ultra-sons mostra como este problema pode ser ultrapassado com a mistura ultra-sónica. Os investigadores optimizaram a produção de biodiesel a partir de óleo alimentar usado (WCO) e depois testaram o biodiesel resultante e as misturas de biodiesel-diesel num motor diesel. Os seus resultados apoiam duas conclusões importantes: em primeiro lugar, a sonicação permite uma conversão rápida e de elevado rendimento, mesmo para matérias-primas difíceis; em segundo lugar, as misturas de biodiesel-diesel resultantes podem ser utilizadas em motores a diesel sem modificações, com um desempenho próximo do diesel e emissões melhoradas.

Pronto para transformar óleos usados de baixo custo em biodiesel de alto valor?

Os reactores de biodiesel ultra-sónicos da Hielscher ajudam os produtores a converter matérias-primas difíceis, tais como óleo alimentar usado, gorduras de fritura, sebo e óleo de peixe, com taxas de reação mais rápidas, tempos de residência mais curtos e maior eficiência do processo. Contacte-nos agora para discutir a sua matéria-prima, capacidade alvo, e configuração do reator para a produção contínua de biodiesel ultrassónico.

Porque é que as matérias-primas pobres são difíceis na produção de biodiesel

As matérias-primas de biodiesel de baixo custo são atractivas porque o custo da matéria-prima domina a economia da produção. Um estudo publicado em 2025 por Belal e colegas demonstra que os óleos e gorduras alimentares usados podem ser eficientemente convertidos em biodiesel utilizando a mistura ultra-sónica. Subsequentemente, o biodiesel produzido por ultra-sons foi utilizado com sucesso em motores diesel.
Embora a utilização de óleos usados evite a questão "alimentos versus combustíveis" associada aos óleos alimentares, o desafio reside no facto de as matérias-primas pobres serem mais variáveis e mais difíceis de processar. Na transesterificação convencional, as fases do álcool e do óleo são imiscíveis, pelo que a eficiência da reação depende em grande medida da capacidade do sistema para ultrapassar as limitações da transferência de massa. Com óleos e gorduras degradados ou de baixa qualidade, estas limitações tornam-se mais severas, conduzindo frequentemente a uma conversão mais lenta, a tempos de permanência mais longos, a uma separação de fases mais difícil e a um processamento global menos eficiente. É aqui que a mistura ultra-sónica surge como um verdadeiro fator de mudança.

Porque é que a Sonicação permite a utilização de matérias-primas pobres

A sonicação permite que matérias-primas pobres, como óleos vegetais usados, óleos de cozinha usados, gorduras de fritura, sebo de vaca ou óleos de peixe, sejam processadas de forma mais eficaz, uma vez que a cavitação ultra-sónica força um contacto muito melhor entre as fases imiscíveis do óleo e do álcool, melhorando consideravelmente a mistura, bem como a transferência de calor e massa. Além disso, a mistura de ultra-sons tem efeitos físicos e químicos: a cavitação ultra-sónica intensifica o ambiente de reação e pode promover radicais altamente reactivos, que aceleram ainda mais a cinética da reação e apoiam uma transesterificação mais rápida e completa.
É exatamente por isso que a sonicação é tão valiosa para as matérias-primas de menor qualidade. Compensa as limitações que normalmente tornam estas matérias-primas difíceis nos sistemas convencionais.

O que é que o estudo conseguiu com a sonicação

Em vez de se concentrar na pequena configuração de laboratório, o resultado chave para os produtores de biodiesel industriais é a intensificação do processo alcançado através de sonicação. Sob condições ultra-sônicas otimizadas, o estudo de Belal et al. (2025) atingiu um rendimento de biodiesel de 96,65%. Em comparação com os autores’ referência convencional, a transesterificação assistida por ultra-sons reduziu o tempo de reação de 90 minutos para 6 minutos e encurtou o tempo de separação biodiesel-glicerol de 720 minutos para 30 minutos.
Estes resultados são muito relevantes para a produção industrial de biodiesel, pois mostram que a sonicação não se limita a melhorar ligeiramente a mistura – acelera fundamentalmente a conversão e a separação a jusante.
 

O método ultrassónico atinge aproximadamente 75% de conversão nos primeiros 1,5 minutos e atinge um patamar de cerca de 90% de conversão após 6 minutos.
O método convencional apresenta uma taxa de conversão muito mais lenta, atingindo apenas cerca de 40% de conversão após 8 minutos.
Estudo e gráfico: ©Fayyyazi et al. 2014

Como é que isto se traduz no processamento de biodiesel Hielscher de fluxo contínuo

Para a implementação industrial, estes resultados traduzem-se diretamente nas vantagens do processamento de biodiesel ultrassónico de fluxo contínuo com sonicadores e reactores industriais Hielscher. O mesmo mecanismo de cavitação demonstrado no estudo – mistura intensificada, contacto interfacial melhorado, transferência mais rápida de calor e massa e cinética de reação acelerada – é exatamente o que impulsiona o desempenho em reactores ultra-sónicos em linha.
Em funcionamento contínuo, o óleo, o álcool e o catalisador são bombeados através da zona do reator ultrassónico, onde a cavitação de alta intensidade dispersa e reage continuamente as fases. Isto permite tempos de residência mais curtos, uma conversão mais rápida, um manuseamento mais robusto de matérias-primas variáveis de baixo custo e uma separação mais rápida a jusante. Para os produtores industriais que trabalham com WCO, gorduras de fritura usadas, sebo ou óleo de peixe, a principal conclusão é clara: a sonicação torna as matérias-primas difíceis comercialmente mais atractivas ao proporcionar uma melhor conversão em menos tempo.

A sonicação melhora a qualidade do combustível

Um ponto crítico é o facto de os óleos residuais brutos não serem combustíveis adequados para motores. A análise termogravimétrica do estudo comparou o gasóleo, a OMA em bruto, o biodiesel produzido convencionalmente e o biodiesel produzido com mistura ultra-sónica. Os autores verificaram que a OMA em bruto tinha o pior comportamento de evaporação, enquanto o biodiesel produzido por ultra-sons apresentava um melhor comportamento de evaporação em comparação com a OMA em bruto e mesmo em comparação com o biodiesel produzido por transesterificação tradicional.
Isto é importante porque a evaporação e a atomização deficientes estão entre as principais razões pelas quais os óleos usados não tratados podem causar incrustações nos injectores, combustão incompleta e depósitos. O estudo refere que o OMA bruto contém oligómeros insolúveis que podem danificar o motor ao entupir o sistema de injeção, enquanto a transesterificação adequada melhora substancialmente o comportamento do combustível.

As misturas de biodiesel e gasóleo podem ser utilizadas em motores diesel sem problemas?

O estudo de Belal et al. (2025) mostra que, sim, o biodiesel produzido por ultra-sons pode ser utilizado em motores diesel normais sem problemas. Os investigadores testaram as misturas B10, B20, B30, B40 e B100 num motor a gasóleo a velocidade constante e com carga variável. A sua conclusão foi que o gasóleo pode ser substituído por biodiesel OMA ou misturas de biodiesel e gasóleo sem modificação do motor, e que a mistura B40 era a recomendada porque combinava um desempenho comparável do motor com emissões claramente melhoradas.
Mesmo que nem todas as métricas sejam idênticas às do gasóleo fóssil, as misturas continuam a ser totalmente utilizáveis no funcionamento normal dos motores a gasóleo, enquanto as diferenças de desempenho são pequenas e os benefícios em termos de emissões são substanciais.
 

Diferentes misturas de biodiesel/diesel a 10-100% de carga do motor. – Esquerda: Variação do BSFC / Direita: Variação do BTE com diferentes misturas de biodiesel/diesel a 10-100% de carga do motor
Estudo e gráficos: ©Belal et al., 2025

Desempenho do motor: Próximo do diesel, com pequenas desvantagens

O estudo concluiu que as misturas de biodiesel proporcionavam um desempenho do motor semelhante ao do gasóleo, com um ligeiro aumento do consumo específico de combustível na travagem e uma pequena diminuição da eficiência térmica na travagem.
Estas alterações são expectáveis. As propriedades medidas mostraram que o biodiesel de OMA tinha maior densidade e viscosidade e um valor de aquecimento inferior ao do gasóleo, embora o índice de cetano fosse o mesmo neste estudo. Isto significa que pode ser necessário um pouco mais de combustível para gerar a mesma potência, mas o motor continua a funcionar normalmente com as misturas.
De um ponto de vista prático, isto apoia o argumento de que as misturas de biodiesel são operacionalmente viáveis em motores diesel, mesmo quando produzidas a partir de matérias-primas pobres, como os óleos alimentares usados.

Emissões: Fortes benefícios da mistura de biodiesel

Foi nos resultados relativos às emissões que o biodiesel mostrou as suas maiores vantagens.

A plena carga, o B100 produziu as maiores reduções de:

• CO: redução de 42,9%
• hidrocarbonetos não queimados: redução de 29,9%
• opacidade dos fumos: menos 42,1%

em comparação com o gasóleo puro.
O estudo atribui estes benefícios ao maior teor de oxigénio e menor teor de carbono do biodiesel, que promovem uma combustão mais completa e reduzem a formação de fuligem.

O que isto significa para os produtores de biodiesel

As matérias-primas pobres são economicamente atractivas, mas são mais difíceis de processar com a tecnologia convencional. A sonicação altera essa equação, ultrapassando a barreira da transferência de massa óleo/álcool e acelerando drasticamente a conversão. No estudo, isso significou 96,65% de rendimento de biodiesel, tempo de reação reduzido de 90 minutos para 6 minutos e tempo de separação reduzido de 12 horas para 30 minutos.
Para os sistemas industriais contínuos de biodiesel, isto traduz-se nas principais vantagens do processamento ultrassónico Hielscher: maior rendimento, menor tempo de residência, maior robustez face à variabilidade da matéria-prima e produção mais eficiente a partir de óleos e gorduras de baixo custo.
 

Reator ultrassónico UIP1000hdT para uma melhor conversão de óleos e gorduras residuais em biodiesel.

Sonicadores Hielscher para Biodiesel da WCO

O estudo mostra por que razão os sonicadores Hielscher são uma ferramenta tão poderosa para a produção de biodiesel a partir de matérias-primas pobres. A cavitação ultra-sónica intensifica a transesterificação, melhorando a mistura, a transferência de calor, a transferência de massa e a cinética da reação, permitindo que matérias-primas difíceis, como os óleos alimentares usados e outros óleos e gorduras degradados, sejam convertidos de forma rápida e eficiente. Sob condições optimizadas, o estudo alcançou um rendimento de 96,65% de biodiesel em apenas 6 minutos, com uma separação de glicerol dramaticamente mais rápida do que o processamento convencional.
Igualmente importante é o facto de o biodiesel resultante ser prático na utilização em motores. As misturas de biodiesel-diesel apresentaram um desempenho próximo do diesel convencional, reduzindo significativamente o CO, os hidrocarbonetos não queimados e o fumo. A mistura B40 recomendada combinava um desempenho mecânico comparável com o comportamento mais equilibrado em termos de emissões e podia ser utilizada sem modificação do motor.
Os sonicadores Hielscher não se limitam a acelerar a produção de biodiesel – torna as matérias-primas de baixo custo e de má qualidade viáveis para um processamento contínuo eficiente e transforma os óleos e gorduras residuais em combustível prático e pronto para motores.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos reactores de biodiesel ultra-sónicos Hielscher:

Implicações económicas e ambientais utilizando misturadores de biodiesel ultra-sónicos Hielscher

O modelo técnico-económico de Gholami et al. (2021) demonstrou:

• Custo total de investimento reduzido em cerca de 21%,
• Custo do produto por tonelada reduzido em cerca de 5%,
• A produção de resíduos é reduzida a um quinto da produção de agitação mecânica,
• A taxa interna de rentabilidade (TIR) melhorou para 18,3% com um VAL positivo, enquanto o processo convencional permaneceu não económico.

De um ponto de vista ambiental, a redução do excesso de metanol atenua diretamente as emissões de compostos orgânicos voláteis e reduz a utilização de energia térmica, alinhando a produção de biodiesel ultrassónico com os objectivos de fabrico ecológico.

Visão geral das vantagens do reator de biodiesel por ultra-sons

(resultados do estudo comparativo, cf. Gholami et al., 2021)

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

Literatura / Referências