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O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:54:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:54:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os óleos lubrificantes automotivos durante o seu uso sofrem degradação parcial de compostos orgânicos e incorporam elementos inorgânicos indesejáveis. Estas substâncias tornam o óleo lubrificante usado classificado como perigoso e altamente tóxico. Assim, no que diz respeito à conservação ambiental, o consenso mundial é que a melhor solução para os óleos lubrificantes usados objetive no tratamento para a sua reutilização. Dentro deste contexto e visando o uso de uma tecnologia alternativa, neste trabalho foi proposto um estudo sobre a eficiência e a viabilidade técnica do processo de oxidação avançada (POA) por radiação gama para o tratamento de óleo lubrificante automotivo usado. Amostras de óleo lubrificante usado foram diluídas em concentrações variadas com peróxido de hidrogênio e água Milli-Q. Estas amostras foram submetida a um irradiador de Cobalto-60, tipo Gammacell, com as doses absorvidas de 100, 200 e 500 kGy. Os resultados das análises inorgânicas por fluorescência de raios X (WDXRF) mostraram que o tratamento proposto permite a remoção de elementos inorgânicos, principalmente enxofre, cálcio, ferro e níquel em níveis aceitáveis pela legislação ambiental para reuso destes óleos. Os resultados por cromatografia gasosa (CG/MS) mostraram que este tratamento, também, promove a degradação dos compostos orgânicos, formando principalmente, os compostos tridecano, 2-metil-naftaleno, trietilamina e uréia-tetrametil, os quais são de grande aplicação industrial. A análise multivariada, análise de Cluster (CA), confirmou que a aplicação POA é um tratamento promissor e viável para o reuso de óleo lubrificante usado. INORGANIC / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Biodiesel is classified biodegradable fuel derived from renewable sources such as vegetable oils, pure or not and animal fats, in the presence of an alcohol (methane/alcohol) and catalyst (base, acid or enzyme), through the process of Transesterification. Between the various raw materials of triglyceride used in biodiesel production, little has given attention to the residual oil (OGR) from domestic and industrial disposal after its use in cooking food processes. However, show gains, economic and environmental technicians with the use of biodiesel production residue, reducing considerably the costs of raw materials, which represent almost 80% of the total cost of production when used soybean oil, making himself impossible economically for small biodiesel production units. These observations emerged from the purpose of this research, which aims to assess the economic and environmental viability of biodiesel production in a small industrial unit, employing residual oils and fats (OGR) as raw material. For support of this investigation, a field research in a small biodiesel production unit installed in the Park of exhibitions of the tobacco growers Association of Brazil-AFUBRA for biodiesel production. As a tool for determining, the methodology used economic activity-based costing (ABC). With processing has been found that the small biodiesel production unit presented 97.6% yield, being produced 612 liters of biofuel with conversion rate at 99% esters for Molar ration Methanol/oil 4:1 and 3% of sodium Methoxide as catalyst. Under the economic point of view, the final cost of a liter of biodiesel production, without taxes, was 0.82 R$ (82 cents) of whom 46.8% corresponds to the contribution of the processing and 43.2% with purchase of raw material. Through the ABC methodology it was noted that one of the six activities the process consumes resources is Transesterification, followed by preparation of raw materials, purification. Already the activity with less representation on the cost of processing for biodiesel production was heating the raw material. Between these environmental benefits with the implementation and operation of small production units quotes not to use drinking water to step current purification of biodiesel, and the reuse of this highly polluting waste, thus avoiding the contamination of rivers, lakes and the blocking of sewer networks. Such initiatives support the development of new alternatives linked to the renewable economy, seeking to transform the unsustainability in sustainability. / O biodiesel é classificado como combustível biodegradável derivado de fontes renováveis como óleos vegetais puros ou não e também gorduras animais, na presença de um álcool (metano/álcool) e catalisador (base, ácido ou enzima), através do processo de transesterificação. Entre as diversas matérias-primas de triglicerídeo utilizadas na produção de biodiesel, pouco se tem dado atenção ao óleo residual (OGR) oriundo do descarte doméstico e industrial após sua utilização em processos de cozimento dos alimentos. No entanto, evidenciam-se ganhos técnicos, econômicos e ambientais com a utilização deste resíduo para produção de biodiesel, diminuindo consideravelmente os custos de matéria-prima, que até então, representam praticamente 80% do custo total de produção quando utilizado óleo de soja, tonando-se inviável economicamente para pequenas unidades produtoras de biodiesel. Destas observações emergiu o objetivo desta pesquisa, que tem por finalidade avaliar a viabilidade econômica e ambiental da produção de biodiesel em uma pequena unidade industrial, empregando óleos e gorduras residuais (OGR) como matéria-prima. Para sustentação desta averiguação, foi realizada uma pesquisa de campo em uma pequena unidade de produção de biodiesel instalada no parque de exposições da Associação dos Fumicultores do Brasil - AFUBRA para produção de biodiesel. Como ferramenta para determinação econômica utilizou-se a metodologia Custeio Baseado em Atividades (ABC). Com o processamento foi possível constatar que a pequena unidade de produção de biodiesel apresentou rendimento de 97,6% em massa, sendo produzidos 612 litros do biocombustível com taxa de conversão em ésteres de 99% para Razão Molar Metanol/Óleo de 4:1 e 3% de Metilato de Sódio como catalisador. Sob o ponto vista econômico, o custo final de produção de um litro de biodiesel, sem impostos, ficou em R$ 0,82 (oitenta e dois centavos de real) dos quais 46,8% corresponde a contribuição do processamento e 43,2% com aquisição de matéria prima. Através da metodologia ABC constatou-se que dentre as seis atividades do processo a que mais consome recursos é a de transesterificação, seguida pela preparação da matéria prima, purificação. Já a atividade com menor representatividade no custo de processamento para produção de biodiesel foi o aquecimento da matéria prima. Entre os benefícios ambientais com a implantação e funcionamento das pequenas unidades de produção cita-se a não utilização de água potável para a etapa de purificação da corrente de biodiesel, e a reutilização desse resíduo altamente poluidor, evitando-se a contaminação de rios, lagos e a obstrução de redes de esgoto. Tais iniciativas corroboram com o desenvolvimento de novas alternativas ligadas à economia renovável, buscando transformar a insustentabilidade em sustentabilidade.