Preparação assistida por ultrassom de produtos de biodiesel a partir de óleos vegetais

O biodiesel, derivado de óleos e gorduras comuns à base de plantas, surge como uma solução sustentável para mitigar a dependência do petróleo¹. Este substituto renovável apresenta emissões reduzidas de gases de efeito estufa, principalmente dióxido de carbono, ao mesmo tempo em que depende de recursos sustentáveis. Além disso, o biodiesel apresenta vantagens distintas sobre o diesel de petróleo, caracterizadas por sua composição livre de enxofre, natureza não tóxica e biodegradabilidade. Como alternativa aos combustíveis fósseis convencionais, o biodiesel se alinha com a política Net Zero da Organização das Nações Unidas (ONU), reduzindo nossa dependência de combustíveis fósseis não renováveis e mitigando os efeitos adversos das mudanças climáticas. O biodiesel oferece um caminho promissor para atender às necessidades atuais de energia, tornando-o uma escolha poderosa para um futuro mais verde².

O método predominante utilizado para a produção de biodiesel envolve a transesterificação, um processo químico em que os triglicerídeos encontrados em óleos e gorduras reagem com um álcool, normalmente metanol ou etanol, na presença de um catalisador sob condições de temperatura elevada 1,2,3,4. Essa reação produz ésteres alquílicos de ácidos graxos, o principal componente do biodiesel. Vários tipos de óleos vegetais servem como matéria-prima primária para a produção de biodiesel, incluindo óleos comestíveis⁵ (por exemplo, azeite de oliva extra virgem e óleo de milho) e não comestíveis ^6,7,8 (por exemplo, óleo de alcaparras), bem como óleos usados⁹. O metanol é mais comumente usado para este processo de transesterificação, pois é um álcool relativamente barato. Além disso, uma série de catalisadores, como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, hidróxido de potássio, hidróxido de sódio ou enzimas como lipase, podem ser usados para acelerar o processo de transesterificação 1,2,3,4. Tradicionalmente, a mistura de reação é aquecida sob refluxo por períodos prolongados, normalmente 30 min ou mais. O aquecimento não é tão eficiente em termos energéticos quanto o ultrassom, ao mesmo tempo em que apresenta riscos à segurança⁵. Consequentemente, há necessidade de um processo de transesterificação mais seguro, rápido e eficiente em termos energéticos.

A irradiação ultrassônica surge como uma alternativa superior às fontes convencionais de energia, como calor, luz e eletricidade, principalmente devido ao fenômeno da cavitação acústica¹⁰. Este fenômeno, caracterizado pela formação, expansão e colapso violento de bolhas, gera hotspots localizados com temperaturas que atingem aproximadamente 5000 K e pressões de 1000 atm. Tais condições extremas, juntamente com taxas rápidas de aquecimento e resfriamento (acima de 10^{a 10} K / s), fornecem a energia necessária para que uma ampla gama de reações químicas ocorra de forma eficiente à temperatura ambiente, incluindo aquelas anteriormente consideradas inatingíveis por meios convencionais¹⁰. A síntese assistida por ultrassom está ganhando terreno rapidamente em diversas áreas de pesquisa. Notavelmente, o interesse na síntese assistida por ultrassom em síntese orgânica e materiais de estado sólido é impulsionado por sua natureza ecologicamente correta, eficiência energética e tempos de reação abreviados em condições ambientais 5,11,12,13,14,15,16 . Uma técnica rápida e eficaz é introduzida aqui para transesterificação assistida por ultrassom segura de óleos vegetais usando um catalisador alcalino produzindo produtos de biodiesel puro em um curto espaço de tempo. Embora o azeite de oliva extra virgem sirva como meio de demonstração neste estudo, é imperativo observar que o método ultrassônico é aplicável a um espectro de azeites vegetais ^5,17.