As medidas de redução das imissões estão cada vez mais na pauta da indústria. Os motores a Diesel também entram nessa pauta. Mas qual o impacto desse trabalho em prol do meio ambiente?
I – Introdução: Justificativa e breve histórico
Desde a sua invenção, no final do século XIX, os motores de combustão interna, na sua grande maioria, funcionam com combustíveis produzidos a partir de derivados de petróleo [1].
Contudo a crise dos combustíveis provocada, no início dos anos 70, pela redução da produção promovida pela Organização dos Países Produtores de Petróleo (OPEP), forçou os países mais dependentes de importações a buscarem soluções alternativas [2].
A resposta brasileira veio em 1975 com o Programa Nacional do álcool (Proálcool) que, mais tarde, seria reconhecido como o maior programa de biocombustíveis renováveis do mundo [2].
Apesar dos problemas técnicos ocorridos durante a sua primeira fase, além de representar uma grande economia de divisas, o programa teve um papel fundamental no controle de emissões [2].
No que tange especificamente os motores ciclo Diesel, nessa mesma ocasião, várias pesquisas foram realizadas, com o intuito de alimentá-los com emulsões (misturas de uma só fase de óleo diesel e álcool), com o auxílio de ignição assistida. Contudo, a baixa solubilidade do etanol no óleo, inviabilizou a implementação da solução [3].
O Brasil, apesar de não ser um grande emissor, promove constantemente medidas que tem por objetivo reduzir as emissões de gases poluentes, buscando atender as metas estabelecidas pelo protocolo de Quioto. Metas essas que só podem ser alcançadas através do uso sustentado de biomassa [1].
Se considerada apenas a biomassa gerada pelas atividades agroindustriais, por exemplo o óleo vegetal, calcula-se um potencial de combustível equivalente a mais de 6,5 milhões de litros de petróleo ao anuais [1].
Inclui-se a esse montante, a utilização dos óleos vegetais na geração de energia. Uma fonte totalmente renovável que, se utilizada de forma sustentável, não agride o meio ambiente.
Além do mais, fornece apoio ao agronegócio, assim como, a agricultura familiar, criando melhores condições de vida em regiões carentes e valorizando potencialidades regionais, oferecendo alternativas a problemas econômicos e socioambientais, por vezes, de difícil solução [1].
Logo, não é de se estranhar que um potencial como esse, incentivou a disseminação de projetos e ações voltadas à utilização de óleos vegetais para a geração de energia [1].
De acordo com as pesquisas de Nag e outros (1995) e Piyaporn e outros (1996), apud1 Ramos e outros (2003) [1], a utilização de óleos vegetais in natura, tem sido, inclusive no Brasil, alvo de diversos estudos nas últimas décadas.
Já outros autores como Barreto (1982); Ministério da Indústria e do Comércio (1985); e Serruya (1991) apud Ramos e outros (2003) [1], afirmam que nos testes realizados com diversos tipos de óleos virgens, em caminhões e máquinas agrícolas, foi ultrapassada a meta de um milhão de quilômetros rodados.
No entanto, os pesquisadores Goering e Fry (1984), Kobmehl e Heinrich (1998), Ghassan e outros (2003), Peterson e outros (1983), Pryde (1983), assim como, Ma e Hanna (1999), apud Ramos e outros (2003) [1], alertam que os acima citados estudos também revelaram a existência de desvantagens no uso direto de óleos virgens em motores Diesel. Por exemplo:
a) Ocorrência de depósitos excessivos de carbono nas partes internas;
b) Ocorrência de obstrução nos filtros de óleo2 e bicos injetores;
c) Diluição parcial do combustível no lubrificante;
d) Comprometimento da durabilidade do motor;
e) Aumento considerável em seus custos de manutenção.
Para resolver esses problemas, particularmente na produção de energia elétrica, onde o regime de operação do motor é constante, houve investimentos na adaptação dos motores [1].
Já para os motores veiculares (de regime de funcionamento é variável), foi necessário desenvolver uma transformação química do óleo, para que suas propriedades se tornassem mais adequadas ao seu uso como combustível [1].
Segundo os autores Shay (1993), Stournas e outros (1995), assim como, Ma e Hanna (1999), apud Ramos e outros (2003) [1], em meados da década de 1970, surgiram as primeiras propostas de modificação de óleos vegetais através da reação de transesterificação3, para melhorar a qualidade de ignição, reduzir o ponto de fluidez, e ajustar os índices de viscosidade e densidade específica.
II – O que é o Biodiesel?
Biodiesel é um combustível alternativo, substituto do óleo diesel derivado de petróleo, produzido a partir de fontes renováveis. Por exemplo: óleos vegetais novos ou já utilizados (recuperado de frituras) [1].
Os autores Schuchardt e outros (1998), Zagonel e Ramos (2001) e Ramos (1999, 2003), apud Ramos e outros (2003) [1], definem quimicamente o biodiesel como sendo:
| LEIA MAIS: Aumento na porcentagem do biodiesel prejudicará motores?
“…éster monoalquílico de ácidos graxos derivados de lipídeos de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina, através da reação de triacilgliceróis (ou triglicerídeos) com etanol ou metanol, na presença de um catalisador ácido ou básico”.
Suas especificações são fixadas por normas internacionais e regulamentos locais. Entre outras: ASTM D6751, DIN 14214, Portaria ANP 255 / 2003, etc. [1].
A conceituada empresa fabricante de sistemas automotivos (sistemista) Robert Bosch (2005) em seu livro [11], complementa afirmando que o mesmo pode ser produzido a partir de várias matérias-primas. Os mais comuns são: semente de colza (Europa) e de soja (Brasil e EUA), girassol, palmeira, óleo de fritura usado e sebo animal.
No entanto, segundo os pesquisadores Ma e Hanna (1999) apud Ramos e outros (2003) [1], alguns autores generalizam o termo, associando-o a qualquer tipo de ação que promova a substituição do diesel derivado de petróleo. Por exemplo:
a) Óleos vegetais in natura (puros ou em mistura);
b) Bioóleos produzidos pela conversão catalítica de óleos vegetais (pirólise);
c) Microemulsões, que envolvam a injeção simultânea de dois ou mais combustíveis, geralmente imiscíveis, na câmara de combustão.
No seu livro, os autores Knothe e outros (2006) [5] afirmam que o biodiesel é miscível com o diesel derivado de petróleo em qualquer proporção. Tal propriedade, faz com que o mesmo possa ser utilizado em misturas binarias, em diversas proporções, dependendo da legislação do país. Por exemplo: B20 (mistura formada por 20% de biodiesel e 80% de diesel derivado de petróleo).
Bosch (2005) [11], por sua vez, afirma que o biodiesel pode ser utilizado em motores, desde puro (B100), até como aditivo do óleo diesel derivado de petróleo, na proporção de 5% (B5).
No Brasil, a Resolução nº 3 do Conselho Nacional de Política Energética (CNPE) de 20 de março de 2023 [6], determinou que: a partir de 1º de abril de 2023, fosse ampliada de 10% para 12% a porcentagem de biodiesel no óleo diesel comercialmente oferecido como combustível. Porcentagem essa que deverá ser aumentada em 1% a cada ano consecutivamente, até o ano de 2026 (15%).
Embora algumas linhas de pensamento, incluindo montadoras, associações de fabricantes de veículos e, até mesmo, empresas públicas, como a Empresa de Pesquisas Energéticas (EPE) [12], apontem para outros combustíveis alternativos, como o hidrotratamento de óleo vegetal (HVO) e suas respectivas vantagens e desvantagens, a atual realidade brasileira é a seguinte:
O combustível ofertado para motores automotivos, que operam no ciclo diesel é: óleo diesel derivado de petróleo, aditivado com quantidades cada vez maiores de biodiesel (éster de ácidos graxos).
E com essa realidade que, por enquanto, iremos conviver.
III – Vantagens e desvantagens da utilização do Biodiesel
Para o pesquisador Laurindo (2003) apud Ramos e outros (2003) [1], a grande compatibilidade do biodiesel com o óleo diesel derivado de petróleo, por si só, já o qualifica como uma alternativa capaz de atender à maior parte da frota de veículos ciclo diesel já existente no mercado, sem qualquer necessidade de investimentos tecnológicos no desenvolvimento dos motores.
Pontos de vista esses suportados pelo pesquisador português Lavandeira (2010), da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (Portugal) [9].
No que diz respeito ao meio ambiente e a segurança operacional, autores como Knothe e outros (2006) afirmam, em seu livro [5], que a adoção do biodiesel, mesmo que de forma progressiva, resulta em uma série de benefícios, pois:
a) “O mesmo é derivado de matérias-primas renováveis de ocorrência natural, reduzindo assim nossa atual dependência sobre os derivados do petróleo e preservando as suas últimas reservas.”;
b) “É biodegradável.”;
c) “Gera redução nas principais emissões presentes nos gases de exaustão (com exceção dos óxidos de nitrogênio, NOx).”;
d) “Possui um alto ponto de fulgor, o que lhe confere manuseio e armazenamento mais seguros.”
Bosch (2005) [11], por sua vez, contesta afirmando que a produção não é viável economicamente, em comparação ao diesel de petróleo, necessitando de subsídios.
No seu livro, Knothe e outros (2006) [5] afirmam que o biodiesel também contribui para a preservação dos componentes mecânicos que trabalham em contato direto com o produto contra o desgaste, pois:
“Apresenta excelente lubricidade, fato que vem ganhando importância com o advento do petrodiesel de baixo teor de enxofre, cuja lubricidade é parcialmente perdida durante o processo de produção. A lubricidade ideal deste combustível pode ser restaurada através da adição de baixos teores de biodiesel (1-2%).” (p.3).
Ponto de vista esse suportado por outros 2 pesquisadores: Mello (2013) [8] e Lavandeira (2010) [9], nos seus respectivos trabalhos:
“Diferentemente dos motores movidos a gasolina, os motores a óleo diesel exigem que o combustível tenha propriedades de lubrificação, de modo que o líquido que escoa lubrifique as peças em movimento. O biodiesel é esse tipo de combustível, pois apresenta lubricidade superior à do diesel…” [8].
“As análises de lubricidade conduzidas para os biodieseis mostram que as maiores porcentagens de adição de biodiesel proporcionam menores coeficientes de atrito…” (p.64).
Bosch (2005) [11], por sua vez se limita a afirmar que combustíveis diesel misturados com 5% de biodiesel, em acordo com norma DIN EN-5904, não requerem aditivos complementares para correção de lubricidade (p. 323).
No que diz respeito ao número de cetano (NC), Knothe e outros (2006) [5], afirmam que o mesmo é conceitualmente similar ao número de octanas (NO), utilizado para avaliar a resistência à compressão da gasolina. O exadecano ou cetano (C16H34), é considerado o padrão de alta qualidade (NC = 100).
De acordo com essas mesmas referências, nos Estados Unidos, os fabricantes de motores recomendam que o número de cetano do produto comercializado fique entre 40 e 50.
No Brasil, segundo a Petrobras (2021), o número de cetano do diesel S-10 “A”5, ofertado as distribuidoras, é de no mínimo 48. No entanto, nada diz a respeito dessa propriedade do biodiesel.
Já o pesquisador Parente (2003) apud Mello (2013) [8], afirma que o número médio de cetano do biodiesel é 60.
Knothe e outros (2006) no seu livro [5], complementam afirmando que o número de cetano esclarece o porquê de triacilgliceróis, como os encontrados em óleos vegetais, gordura animal e seus derivados (bases do biodiesel), serem alternativas adequadas para o diesel convencional derivado de petróleo. O segredo está na cadeia longa, linear e não ramificada dos seus ácidos graxos, que é quimicamente similar às existentes em n-alcanos dos óleos diesel, derivados de petróleo, de boa qualidade (p.85).
No entanto, a utilização do biodiesel também apresenta alguns problemas.
Sendo que, alguns deles, podem interferir diretamente na rotina de trabalho do mecânico.
No seu livro, Knothe e outros (2006) [5] apontam os inconvenientes a seguir. No entanto, não especificam se o biodiesel se encontra no estado puro (B100), ou diluido como aditivo de diesel derivado de petróleo:
a) Alto custo de produção;
b) Aumenta emissões de Nox nos gases de exaustão;
c) Baixa estabilidade a oxidação quando exposto ao ar (nosso negrito);
d) Propriedades de escoamento desfavoráveis à baixas temperaturas (nosso negrito).
Já Lavandeira (2010) [9], elenca, entre outros (sobretudo para o biodiesel puro B1006):
a) Problemas de fluidez a baixas temperaturas (nosso negrito);
b) Baixa estabilidade oxidativa (vida útil / período máximo de armazenamento inferior a 6 meses) (nosso negrito);
c) Incompatibilidade com uma série de plásticos e elastômeros (nosso negrito):
“Incompatível com uma série de plásticos e derivados naturais (eventual substituição de alguns componentes do motor: mangueiras, juntas, selos, diafragmas, partes de filtros e similares)” (p.41).
Os pesquisadores Haseeb e outros (2010), apud Mello (2013), por suas vezes, complementam, citando diretamente a ocorrência de inchamentos nos elastômeros das bombas distribuidoras de injeção, que podem levar a ocorrência de vazamentos. Inchamentos esses que resultam da incompatibilidade entre o combustível (biodiesel) e o elastômero utilizado nas vedações.
Já os resultados dos testes realizados por Mello (2013), mostram a ocorrência de inchamentos expressivos em borrachas nitrílicas (“NBR”), quando em contato com biodiesel. Algo que ocorreu em menor grau nas amostras feitas com o material “Viton” (p. 74 a 76).
d) Geração de mau funcionamento em sistemas de injeção:
1. Devido a impurezas relativas à produção:
a. Presença de íons alcalinos e alcalinos terrosos: formam depósitos nos filtros (sabão);
b. Formação de sabão nos componentes internos do sistema.
c. Contaminação por glicerina: Formação de depósitos nas pontas dos injetores;
d. Contaminação por água: Formação de ferrugem nos componentes internos do sistema.
2. Devido ao envelhecimento do combustível:
a. Formação de depósitos por precipitação nos componentes internos do sistema;
b. Corrosão ácida (ácido fórmico);
3. Devido a parâmetros físico-químicos:
a. Viscosidade excessiva: maior desgaste do corpo da bomba injetora.
b. Degradação prematura do anel de vedação do corpo da bomba injetora.
Já Bosch (2005) [11], afirma que para o uso do biodiesel (puro ou como aditivo), a estabilidade de envelhecimento (oxidação) e a eliminação das contaminações, geradas durante o seu processo de produção, devem ser asseguradas, devendo o mesmo atender a norma DIN EN14215 (p.327 a 328).
Esse mesmo renomado fabricante afirma também que a sua utilização pode trazer problemas de funcionamento. No entanto, não especifica quais seriam (p.327).
AEA7 e ANP8 (2019) [10], por suas vezes, suportam e complementam as afirmações de Lavandeira (2010) [9], no que tange: oxidação e formação de depósitos (borras), contaminação por água e compatibilidade com materiais.
No que diz respeito, especificamente, a estabilidade do combustível durante o seu armazenamento, AEA e ANP (2019) [10] afirmam, entre outras coisas, que:
a) “Um combustível pode ser considerado estável ao armazenamento quando não sofre alterações físicas e químicas com sérias consequências para a sua utilização…”;
b) “O diesel comercial pode apresentar maior ou menor estabilidade à oxidação dependendo do seu manuseio, armazenamento e uso”;
c) “A degradação pode levar à formação de borras e sedimentos, aumento na viscosidade e consequente entupimento de filtros”;
d) “As insaturações presentes no biodiesel favorecem reações com oxigênio, gerando peróxidos que progridem para ácidos, formando sedimentos e borra química.”;
e) “O calor e a luz solar aceleram ainda mais esse processo.”;
f) “Os combustíveis tendem a oxidar-se e sofrer um processo de degradação porque há presença de oxigênio nos espaços vazios dos tanques. Assim, manter o tanque cheio ou guardar o combustível em tambores selados pode aumentar a sua durabilidade, ou seja, em condições de uso por mais tempo.”
Knothe e outros (2006) [5], por suas vezes, enfatizam que a oxidação:
a) Geralmente é acompanhada pelo escurecimento do biodiesel: do amarelo para o marrom.
b) Promove o desenvolvimento de um odor tipicamente atribuído as tintas.
Afirmam ainda que:
a) Na presença de água, o biodiesel pode hidrolisar a ácidos graxos de cadeia longa (aumento de viscosidade)9, que também causam um aumento da acidez do produto (nosso negrito);
b) Aditivos antioxidantes (hidroxitolueno butilado e a t-butilhidroquinona) têm sido identificados como capazes de aumentar a estabilidade ao armazenamento do biodiesel;
c) Biodiesel produzido de óleo de soja naturalmente contém alguns antioxidantes naturais (tocoferóis como a vitamina E), que proporcionam alguma proteção contra a oxidação.
No entanto, enfatizam que:
“Qualquer combustível que deva ser armazenado por um longo período, seja diesel de petróleo ou biodiesel, deve ser tratado com um aditivo antioxidante apropriado.” (nosso negrito).
Nesse ponto é importante citar o posicionamento da AEA e da ANP (2019) [10]:
“Considerando a adoção das Boas Práticas, a experiência mostra que não são observados problemas dentro de um prazo de 30 dias, que pode ser estendido em função das condições consideradas adequadas ao armazenamento”.
O pesquisador português Lavandeira (2010) [9], por sua vez, dá o seu posicionamento quanto aos problemas de estabilidade à oxidação do biodiesel:
“Escassa estabilidade oxidativa (vida útil / período máximo de armazenamento inferior a seis meses)” (p. 41).
A higroscopia10 e a corrosividade do combustível renovável, assim como, os seus consequentes inconvenientes, também são coitadas por diversas referências.
Os pesquisadores Fazal, Haseeb e Masjuki (2010) apud Aquino (2012) [13], afirmam que o biodiesel é combustível mais higroscópico do que o diesel derivado de petróleo (30 vezes mais segundo Cavalcanti 2008a e b, apud Aquino (2012) [13], p.68).
Afirmam também que exposições a altas temperaturas podem favorecer a absorção de água. Consequentemente a água presente no mesmo pode condensar na superfície dos metais, favorecendo as reações de corrosão.
AEA e ANP (2019) [10], por suas vezes, afirmam que presença de água no combustível deve ser evitada ao máximo e objeto de verificações constantes. A água pode desencadear uma série de problemas, seja pelo contato com os componentes do sistema de combustível (corrosão), seja pela falha de desempenho do motor. Isso sem falar que pode favorecer o desenvolvimento de microrganismos.
Em sua tese de doutorado, a pesquisadora Aquino (2012) [13] afirma que, materiais como zinco, latão e cobre e zinco, quando expostos a biodiesel, não desumidificado, apresentaram menor resistência a corrosão do que o aço carbono, aço inoxidável, estanho, alumínio e níquel.
No entanto, ao contrariando as expectativas, o aumento de temperatura reduziu as velocidades de corrosão.
Outro problema relatado por diversas referências é a contaminação microbiológica do combustível e as suas consequências.
De acordo com AEA e ANP (2019) [10], os microrganismos estão presentes em todos os lugares. Inclusive nos tanques de armazenamento de combustíveis. A presença de água, nutrientes e condições adequadas, no seu interior, ocorre o seu desenvolvimento e proliferação.
Segundo essa mesma referência, a identificação de um tanque contaminado é bastante fácil, devido a presença de um lodo, que ocupa a interface óleo / água.
Isso sem falar de um forte odor de decomposição característico.
O pesquisador microbiologista Vaz (2010) [15], por sua vez, complementa, afirmando que o biodiesel é mais susceptível a contaminação microbiana, devido a sua composição química ser mais simples que a do óleo diesel derivado de petróleo.
No seu trabalho, Follis (1994) apud Vaz (2010) [15] afirma que uma provável rota para a degradação microbiana do biodiesel seria:
1º Uma clivagem do metil éster por uma esterase, produzindo ácido graxo e um álcool associado.
2º A quebra do ácido graxo pelo ciclo de Krebs, metabolismo respiratório ou incorporação direta nos lipídios celulares.
Bactérias como: Pseudomonas oleovorans, P. mendocina, P. aeroginosa, Marinomonas vaga, Escherichia coli, entre outras, apresentam potencial para degradar o biodiesel.
De acordo com AEA e ANP (2019) [10] diante de proliferações microbianas, é comum a ocorrência de impregnações (borras), nas peças mecânicas em contato com o biodiesel degradado.
Essa mesma referência afirma que uma das formas mais efetivas de se evitar o desenvolvimento microbiano é o controle da presença de água nos tanques de armazenamento (drenagem semanal), assim como, sempre que possível, manter o tanque cheio de combustível: “Essa medida diminui a área de contato entre o combustível e a umidade presente no ar”.
IV – E qual o posicionamento do mecânico diante de tudo isso?
Diante de tudo o que foi exposto o “Guerreiro das Oficinas” precisa ficar ciente de que:
a) Não é objetivo desse artigo discutir as vantagens econômicas, sociais e ambientais da utilização do biodiesel no Brasil. As exposições feitas a respeito, são meramente ilustrativas. No entanto, pode-se facilmente notar que há referências bibliográficas e trabalhos acadêmicos para o embasamento.
b) As referências consultadas mostram que a utilização do biodiesel, em quantidades crescentes, no óleo diesel comercial do Basil é uma realidade. E por enquanto: imutável.
c) De acordo com as referências consultadas, o biodiesel não é produzido pelas refinarias. A sua produção é feita por produtores especializados e a sua aditivação ao diesel derivado de petróleo (esse sim produzido pelas refinarias), ou seja, a formulação do produto final só é feita pelas distribuidoras de combustível.
d) De acordo com as referências consultadas, o biodiesel é bem mais higroscópico e bem mais sujeito a contaminação bacteriana do que o diesel derivado de petróleo. Se não receber aditivos adequados (antioxidantes e bactericidas), está sujeito a uma rápida degradação, tanto por oxidação, como por ataque bacteriano. A introdução desses aditivos é responsabilidade de quem formula o produto final e/ou o armazena por longos períodos.
e) Segundo as referências consultadas, o Biodiesel, sobretudo o degradado e/ou contaminado, tem potencial de provocar diversos problemas de funcionamento nos veículos: desde entupimentos, diluição do lubrificante, até corrosão de peças metálicas. Pode também provocar a degradação antecipada de vedações feitas com elastômeros, onde tem contato.
f) De acordo com as referências consultadas, a qualidade do combustível abastecido nos veículos está diretamente ligada as suas condições de armazenagem.
g) Nenhuma montadora quer ver o seu produto falhar. Logo, os procedimentos de manutenção preventiva, constantes dos manuais de serviço, deveriam ser suficientes para manter os veículos em boas condições de uso. Mesmo utilizando o biodiesel.
No entanto, tendo em vista que não é possível fazer um controle absoluto sobre a qualidade dos combustíveis utilizados, cabe ao “Guerreiro das Oficinas”, na qualidade de técnico e guardião dos veículos dos seus clientes fazer a seguinte tarefa:
Observar atentamente a ocorrência prematura de problemas e, quando necessário, antecipar os procedimentos preventivos (trocas de lubrificantes, filtros, vedações, etc.). Da mesma forma proceder a limpeza preventiva dos sistemas contaminados e recomendar o exame do combustível utilizado.
Artigo por Fernando Landulfo publicado originalmente na Revista O Mecânico (ed.350, junho/2023)
