Extração do óleo de microalgas para produção de biodiesel

Abstract

Resumo: A produção de biodiesel a partir do óleo de microalgas tem sido evidenciada na literatura usando rotas que envolvem a extração do óleo seguida pela sua conversão para ésteres graxos. A extração do óleo é uma etapa importante do processo para a produção de biodiesel a partir da biomassa de microalgas. Este trabalho teve como objetivo estudar métodos de extração em microalgas da espécie Chlorella pyrenoidosa e Chlorella powder com solvente pressurizado em leito fixo e em banho de ultrassom. Foram avaliados os rendimentos das extrações em diferentes condições e analisadas as conversões dos extratos em biodiesel através da esterificação pelo método Hartman e Lago modificado. Também foram feitas caracterizações físico-químicas das matérias-primas usadas nas extrações (medições dos teores de umidade, voláteis e cinzas) e a caracterização dos ácidos graxos representados na forma de seus ésteres metílicos (cromatografia gasosa, espectrometria de massa, cromatografia de permeação em gel e espectrometria de infravermelho). Os métodos de extração utilizados envolveram o uso de um extrator de leito fixo e de um banho de ultrassom, na presença de etanol, n-hexano e metanol. Os rendimentos obtidos no presente trabalho foram comparados a resultados obtidos por pesquisadores do grupo CEPESQ/UFPR que utilizaram o método de Soxhlet para os respectivos solventes: etanol (7,5% m/m de rendimento), clorofórmio/metanol (2:1 v/v) (8,7% m/m) e n-hexano (3,2% m/m). Os melhores resultados de extração foram obtidos a partir do uso de ultrassom usando a biomassa Chlorella pyrenoidosa com etanol+água (4% v/v), onde o rendimento foi de 15,9 % m/m; seguido dos valores das extrações com etanol, com rendimentos de 15,5 % m/m. Para a biomassa Chlorella powder os melhores rendimentos de extração, 14,1% m/m, foram obtidos com etanol+água (10% v/v), seguido de um rendimento de 10,9% m/m para extração feita com etanol. A presença dos ácidos graxos C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3, e C20:0 foi confirmada pelas análises de cromatografia gasosa nos extratos a partir da microalga Chlorella pyrenoidosa, com variação de 19,27% a 49,02% nas conversões totais em ésteres das massas esterificadas.

Abstract: Microalgae oil have been pointed out in literature as a promising renewable source to produce biodiesel. The oil extraction is a key step in the process of biodiesel production from microalgae biomass. In this sense, this work aims to study different extraction methods in microalgae of the species Chlorella pyrenoidosa and Chlorella powder, by using pressurized solvent in a fixed bed, and using an ultrasound bath. Ethanol, n-hexane, water and methanol were used as solvent and cossolvent. The extractions yelds were evaluated at different conditions and Hartman and Lago modified method of esterification was used to assess the fatty acids conversion of the extracts to biodiesel. Furthermore, a physical-chemical characterization of the raw materials used in the extractions was performed (moisture measurments, volatiles and ashes content). Also, the fatty acids profile obtained from the different extractions, represented by their respective methyl esters production (using gas chromatography, mass spectrometry, gel permeation chromatography and infrared spectroscopy) was evaluated. The yields obtained in this work were compared to those obtained by researchers from CEPESQ/UFPR group, who used a Soxhlet method and the following solvents with respectives yelds: ethanol (yield of 7.5% m/m), chloroform/methanol (2:1 v/v) (8.7% m/m) and n-hexane (3.2% m/m). Higher extraction yelds were obtained when the ultrasound bath was used for the extraction of oil from the biomass Chlorella pyrenoidosa with ethanol + water (4% v/v) as solvent, in which the yield was 15.9% (m/m); followed by the extractions with pure ethanol, whose yield was 15.5% (m/m). Concerning the biomass Chlorella powder, the better yields were observed for the same method, where a yield of 14.1% (m/m) using ethanol + water (10% v/v) was obtined, followed by a yield of 15.5% (m/m) for the extraction using ethanol. The presence of the fatty acids C14:0; C16:0; C18:0; C18:1; C18:2; C18:3 and C20:0 was confirmed by a gas chromatography analysis of the extracts obtained from the microalgae Chlorella pyrenoidosa, achieving a total conversion of the esterified material ranging between 19.27% and 49.02%.