Produção de biodiesel a partir de óleo extraído de borras de café usadas

À medida que os esforços globais para encontrar fontes de energia sustentáveis e renováveis se intensificam, a produção de biodiesel a partir de materiais residuais tem ganho uma atenção significativa. Entre estes materiais, as borras de café usadas (SCG) representam uma oportunidade promissora. A sonicação intensifica tanto a extração de óleos de resíduos de café como a transesterificação desses óleos em biodiesel.

Conversão sustentável de biodiesel a partir de resíduos utilizando a sonicação

A produção sustentável de biodiesel a partir de óleos usados, tais como óleos usados de café moído, apresenta uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis convencionais, respondendo tanto à procura de energia como à gestão de resíduos. A sonicação é um método bem estabelecido e cientificamente comprovado para melhorar a extração de óleo de plantas, bem como o processo de conversão de biodiesel. A sonicação facilita reacções de transesterificação mais rápidas ao criar zonas localizadas de alta energia através da cavitação acústica, melhorando o contacto entre o óleo e o álcool e reduzindo a necessidade de temperaturas elevadas e tempos de reação prolongados.

A utilização de óleos usados, como borras de café usadas, como matéria-prima contribui ainda mais para a sustentabilidade, desviando os resíduos orgânicos dos aterros e minimizando a dependência de óleos vegetais virgens. Esta abordagem reduz os impactos ambientais e aumenta a viabilidade económica da produção de biodiesel. Além disso, a combinação da sonicação e da utilização de óleos usados pode levar a rendimentos mais elevados e a uma produção de biodiesel mais eficiente, apoiando a transição global para fontes de energia renováveis.

Extração de óleo por ultra-sons a partir de grãos de café usados

A extração de óleo de borras de café usadas é um passo crucial no processo de produção de biodiesel. As borras de café usadas contêm aproximadamente 10-20% de óleo em peso, dependendo do tipo de grão de café e do método de extração. Para extrair este óleo de forma eficiente, o N-hexano é normalmente utilizado como solvente, mas também podem ser utilizados éter de petróleo, etanol anidro, etanol hidratado ou metanol.

1. Secagem dos grãos de café usados: Antes da extração do óleo, as borras de café usadas devem ser bem secas para reduzir o teor de humidade, que pode inibir a eficiência do solvente.
2. Extração por solvente por ultra-sons: A borra de café gasta e seca é misturada com N-hexano num reator, onde o óleo é dissolvido no solvente. A sonicação por sonda aumenta significativamente o rendimento dos óleos extraídos. Leia mais sobre a extração de óleos por ultra-sons.
3. Separação: A mistura é então filtrada para separar as borras de café usadas da solução de N-hexano-óleo.
4. Recuperação de solventes: Finalmente, o solvente é evaporado ou destilado, deixando para trás o óleo de café extraído, que está pronto para a conversão em biodiesel.

Extração de óleo assistida por ultra-sons e transesterificação de biodiesel

As borras de café usadas (SCG) são ricas em ingredientes valiosos, incluindo 15-20% de óleo, que tem um perfil comparável ao dos óleos vegetais. O óleo extraído das borras de café contém vários ácidos gordos como o linoleico, oleico, linolénico e ácidos gordos saturados. O biodiesel de resíduos de café pode produzir biodiesel de acordo com as normas ASTM. O éter de petróleo, o hexano, o etanol anidro, o etanol hidratado ou o metanol são solventes adequados.
Embora a extração tradicional com solventes seja eficaz, a extração assistida por ultra-sons aumenta consideravelmente a eficiência da recuperação de óleo das borras de café usadas. A sonicação utiliza ondas de ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência para criar cavitação - zonas localizadas de alta pressão e temperatura - que melhoram a difusão do solvente nos grãos de café usados, quebrando as paredes celulares e permitindo uma maior libertação de óleo.

Além disso, a transesterificação assistida por ultra-sons também desempenha um papel fundamental na conversão do óleo de café extraído em biodiesel. O processo de transesterificação convencional, que envolve a reação de óleos ou gorduras com álcool na presença de um catalisador, pode ser moroso e menos eficiente quando se trata de produção em massa. A sonicação acelera este processo, melhorando a interação entre o óleo, o álcool e o catalisador, o que leva a tempos de reação mais rápidos e a rendimentos mais elevados de biodiesel.

O estudo comparativo de Lifka e Ondruschka (2004) demonstra a eficiência energética superior da mistura ultra-sónica em contraste com a agitação mecânica. Isto faz com que os sonicadores sejam o método de mistura preferido para a produção de biodiesel.

Benefícios dos Sonicadores de Sonda Hielscher para Extração de Óleo e Produção de Biodiesel

• Eficiência de extração de óleo melhorada: Os sonicadores Hielscher melhoram significativamente o rendimento do óleo durante o processo de extração. Ao romper a estrutura celular das borras de café usadas, estes dispositivos ultra-sónicos permitem uma libertação mais completa do óleo para o solvente, minimizando o óleo residual deixado na biomassa.
• Transesterificação acelerada: A cavitação ultra-sónica gerada pelos sonicadores Hielscher acelera a reação de transesterificação, intensificando a mistura dos reagentes. Isto reduz o tempo de reação e aumenta o rendimento do biodiesel, tornando o processo mais eficiente em termos de tempo e de custos.
• Melhoria da qualidade do biodiesel: A cavitação uniforme produzida pelas sondas ultra-sónicas Hielscher assegura uma conversão consistente e completa dos triglicéridos em biodiesel. Isto leva a um biodiesel de maior qualidade com menos impurezas e melhores propriedades de combustível, incluindo um ponto de turvação mais baixo e maior estabilidade oxidativa.
• Eficiência energética: Ao contrário dos métodos mecânicos tradicionais que requerem tempos de processamento prolongados e consumos de energia mais elevados, a tecnologia de ultra-sons da Hielscher funciona com níveis de energia mais baixos, ao mesmo tempo que proporciona resultados superiores. Isto torna a produção de biodiesel assistida por ultra-sons mais sustentável e amiga do ambiente.
• Escalabilidade: A Hielscher fornece equipamento de ultra-sons que é escalável para várias capacidades de produção, desde pequenas configurações de laboratório a instalações de produção de biodiesel à escala industrial. Esta flexibilidade permite aos produtores otimizar os seus processos e alcançar a máxima produtividade.

Produção de biodiesel utilizando várias guanidinas (3% mol) como catalisador. (A) Reator descontínuo de agitação mecânica: (metanol:óleo de canola) 4:1, temperatura 65ºC; (B) Reator descontínuo de ultra-sons: UP200St, (metanol:óleo de canola) 4:1, 60% de amplitude US, temperatura 35ºC. A mistura por ultra-sons supera de longe a agitação mecânica.
(Estudo e gráficos: Shinde e Kaliaguine, 2019)

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.

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A produção de biodiesel a partir de óleo extraído de borras de café usadas representa uma solução sustentável e inovadora tanto para a gestão de resíduos como para a produção de energia renovável. A combinação de extração de óleo com N-hexano, processamento assistido por ultra-sons e um processo de transesterificação catalisado por ácido-base em duas fases maximiza a recuperação do óleo e aumenta o rendimento do biodiesel.

Os sonicadores do tipo sonda da Hielscher desempenham um papel fundamental na otimização da extração de óleo e da transesterificação do biodiesel. A sua tecnologia superior assegura uma maior eficiência, um processamento mais rápido e uma melhor qualidade, tornando-os uma excelente escolha para os produtores de biodiesel que procuram a sustentabilidade e a eficácia de custos nas suas operações.

Numa época em que a procura de energia renovável é cada vez maior, o aproveitamento de materiais residuais, como as borras de café usadas, não só contribui para a conservação do ambiente, como também apoia a economia circular, convertendo os resíduos em recursos energéticos valiosos.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: