• Aceites vegetales usados.
• Grasas animales: cerdo, gallina y los subproductos de la producción de ácidos grasos omega 3 provenientes del pescado.
• Algas, las cuales pueden crecer usando materiales cloacales y sin desplazar la tierra usada para producir comida.
• Aceite de halófitas como la salicornia. Éstas crecen en agua salada, generalmente en costas, donde no se puede cultivar otra cosa.
Muchas experiencias sugieren que los aceites usados son las mejores materias primas, pero, debido a que la disponibilidad es drásticamente menor a la cantidad de combustible de petróleo que se quema, la solución no es muy usada.
Las grasas animales son subproductos de la producción de carne. A pesar de esto, no es eficiente criar animales (o atrapar peces) simplemente por su grasa, aunque el uso de los subproductos incrementa el valor de la industria ganadera. Sin embargo, producir biodiesel de grasas animales reemplazaría un pequeño porcentaje de uso de diesel de petróleo. Hoy en día, muchas productoras de biodiesel que trabajan con distintas materias primas, hacen combustible biológico a partir de grasas animales de muy buena calidad. Actualmente una empresa valorada en 5 millones de dólares está siendo construida en EE. UU., con la intención de producir 11,4 millones de litros a partir de 1 billón de kilogramos de grasa de gallina.
1.2.2.2 Alcoholes.
El alcohol puede ser metanol, que forma metilésteres, o etanol, que forma etilésteres. El proceso con etanol es más complicado que con metanol, no es recomendado para principiantes.
El metanol proviene del petróleo, aunque puede producirse por pirólisis de la madera. El etanol proviene de las plantas o del petróleo, y hay un método para destilarlo caseramente.
El etanol se conoce con varios nombres: alcohol etílico, CH3H -CHH2-OH, alcohol del vino o de la cerveza. Ambos alcoholes son muy peligrosos, el metanol más.
Los alcoholes que tradicionalmente se usan en la transesterificación son de cadena corta, principalmente metanol (Rashid, 2008) y etanol (Alamu, 2008). Se pueden utilizar otros alcoholes como propanol, isopropanol, butanol y pentanol (Encinar, 2002; Ma, 1999; Georgogianni, 2008), pero estos son mucho más sensibles a la contaminación con agua, además son más costosos y requieren grandes relaciones molares y temperaturas altas.
El metanol tiene un menor costo y presenta algunas ventajas químicas y físicas sobre el resto de los alcoholes, como su rapidez de reacción con los triglicéridos y que disuelve fácilmente el NaOH (Ma, 1999). Es importante resaltar la alta toxicidad del metanol y su inflamabilidad, y que éste se obtiene principalmente de fuentes fósiles no renovables como el gas metano.
El etanol, en cambio, proviene de materias primas renovables: caña de azúcar, remolacha azucarera, y otros vegetales celulósicos (Girard, 2006). Por eso el etanol es de particular interés principalmente porque es menos costoso que el metanol en algunas regiones del mundo (Moser, 2009). También es posible obtenerlo mediante destilación seca de la madera, pero este proceso aún no se aplica a gran escala. Sin embargo, la formación de éster etílico comparativamente es más difícil que la de éster metílico, especialmente la formación de una emulsión estable durante la etanólisis es un problema (Zhou, 2006).
El etanol y el metanol no se disuelven con los triglicéridos a temperatura ambiente y la mezcla debe ser agitada mecánicamente para permitir la difusión. Durante la reacción generalmente se forma una emulsión, en la metanólisis esta emulsión desciende rápidamente formándose una capa rica en glicerol quedándose en la parte superior otra zona rica en éster metílico. En cambio en la etanólisis esta emulsión no es estable y se complica mucho la separación y purificación de los ésteres etílicos. La emulsión está causada en parte por la formación de monoglicéridos y diglicéridos intermedios que contienen tanto grupos hidróxidos polares como cadenas de hidrocarburos no polares.
1.2.2.3 Catalizadores.
El catalizador puede ser hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH). Los productores domésticos experimentados usan KOH, con el cual se genera un subproducto utilizable: fertilizante de potasio. Para ambas sustancias el proceso es el mismo, salvo que se necesitaría 1,4 veces más KOH que NaOH.
Estos últimos productos son también peligrosos, hay que tener los siguientes cuidados: evitar el contacto con los ojos o la piel, no respirar los vapores, alejarlos de los alimentos y los niños. Más allá, reaccionan con aluminio, cobre y zinc. Para el reactor se recomienda usar recipientes de vidrio, esmaltados, acero inoxidable o polietileno de alta densidad. (Biodiesel publicado en: http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel, visitado el 10 de mayo de 2011).
1.2.3 Tecnología actual de producción de biodiesel.
Actualmente existen diversos procesos industriales de producción de biodiesel, siendo los más difundidos la catálisis ácida, catálisis enzimática y catálisis alcalina, donde este último es uno de los métodos más atractivos desde el punto de vista industrial. Los métodos de producción más conocidos se presentan a continuación (CORPODIB, 2003; Van Gerpen, 2004; Vera, 2005; Bunyakiat, 2006; Van Kasteren, 2007; Marchetti, 2007).
1.2.3.1 Catálisis ácida.
La transesterificación es catalizada por ácidos de Bronsted como el sulfónico o el sulfúrico: las conversiones a ésteres son elevadas, superando el 99 %, pero la velocidad de reacción es lenta, sobrepasando en algunos casos las tres horas para condiciones normales. Además, se requieren temperaturas superiores a los 100 °C, la separación del glicerol es difícil de realizar y se requieren materiales de construcción resistentes para los equipos.
1.2.3.2 Catálisis con lipasas.
Las enzimas hidrolíticas se han aplicado en las síntesis químicas gracias a su estabilidad, tolerancia a los solventes y a que no requieren de coenzimas. La aplicación de este método aún no es viable comercialmente, debido a que posee cinéticas relativamente lentas, y a que las condiciones de operación son bastante rigurosas.
1.2.3.3 Catálisis alcalina no iónica.
Para simplificar las manipulaciones del proceso se han realizado numerosos estudios acerca del desempeño de bases orgánicas. Se han empleado guanidinas, amidinas, piperidina, trietilamina, entre otras. Los resultados han variado de acuerdo a la sustancia utilizada, pero en general, se obtienen conversiones altas y tiempos mínimos de reacción. Sin embargo, este método tiene como desventajas la dificultad de separación de los productos y un costo elevado del catalizador.
1.2.3.4 Catálisis heterogénea.
Se han probado polímeros con unidades químicas que proporcionan sitios activos básicos no iónicos, como poliestireno/divinilbenceno, poliuretanos y alquilguanidinas soportadas, entre otros, los cuales presentan la ventaja, de que el catalizador no se incluye como una impureza y la cinética de separación de los productos es rápida. A pesar de esto, el método no es viable para grandes volúmenes de producción, pues es muy susceptible a las impurezas, y el catalizador es costoso.
1.2.3.5 Catálisis supercrítica.
En este método los reactivos se llevan a las condiciones críticas del alcohol utilizado (generalmente metanol), y se cargan al reactor. La cinética es 10 veces más rápida que el mejor de los anteriores casos, con conversiones superiores al 99 %. Posee como desventajas las condiciones extremas de operación (350 °C y 30 MPa), que lo hacen inviable para la producción a gran escala.
1.2.3.6 Catálisis alcalina.
Es el proceso industrialmente más desarrollado y empleado, puesto que los catalizadores empleados, como hidróxidos o carbonatos de sodio o potasio, son baratos, son menos corrosivos que los catalizadores ácidos y se alcanzan conversiones superiores al 99 %; la cinética es relativamente rápida, no requiere equipos complicados y la separación de los productos es fácil de realizar. Su desventaja consiste en la necesidad de tener ausencia total de agua, puesto que ésta induce una hidrólisis con formación de jabones y pérdidas de éster.
1.2.4 Transesterificación.
Los triglicéridos o triacilglicéridos, en presencia de un alcohol más base, promueven una reacción denominada transesterificación, reacción bien conocida y descrita como hidrólisis alcalina (Allinger, 1976). De modo general, la transesterificación es la reacción de un lípido con un alcohol, produciéndose un éster y un subproducto, o glicerol (Figura 1.1) (Van Kasteren, 2007). El proceso global de transesterificación de aceites vegetales y grasas es una secuencia de tres reacciones reversibles y consecutivas, en que los monoglicéridos y los diglicéridos son los intermediarios. Los triglicéridos son convertidos a diglicéridos, los cuales son convertidos en monoglicéridos y posteriormente, en glicerol (Hilal, 2007). Cada etapa produce una molécula de éster de un ácido graso. Si la reacción es incompleta, habrá tri, di y monoglicéridos mezclados. Cada uno de estos componentes todavía contiene una molécula de glicerol que puede ser liberada. Este glicerol se denomina glicerol ligado. Cuando este último es sumado al glicerol libre obtenemos el glicerol total. Cada molécula de aceites y grasas de plantas y animales tiene la misma configuración y sólo difieren en la longitud de la cadena de carbono o en el número de dobles enlaces, lo cual produce diferentes puntos de fusión, estabilidad de oxidación, etc. (CORPODIB, 2003).
Figura 1.1 Reacción de transesterificación.
En esta reacción, son necesarios 3 moles de alcohol por cada mol de triglicérido. En la práctica, se utiliza siempre exceso de alcohol. La conversión de equilibrio de este proceso es usualmente baja en temperaturas moderadas (Ma, 1998; SAGPyA, 2006; CEPAL, 2007).
El desplazamiento de equilibrio favorece la producción de éster pudiendo ser obtenido a través de grandes excesos de alcohol o simplemente retirando el glicerol (subproducto formado), siendo este último el modo más atractivo desde el punto de vista económico (Ma, 1999; Ishikura, 2005). La elección del alcohol está generalmente relacionada con factores económicos y aspectos técnicos del proceso de producción, como la facilidad de separación de ésteres y de glicerina. Los más utilizados son el metanol y el etanol, aunque otros alcoholes como el isopropanol y butílico también pueden ser utilizados. El metanol presenta ventajas sobre el etanol, destacando: i) requiere menor cantidad de alcohol en exceso; ii) posee mayor eficiencia de conversión de aceites; iii) requiere menores temperaturas de reacción; iv) posee menor tiempo de reacción; v) separación de fases más fácil y vi) recuperación más fácil (CEPAL, 2007).
EL PRESENTE TEXTO ES SOLO UNA SELECCION DEL TRABAJO ORIGINAL. PARA CONSULTAR LA MONOGRAFIA COMPLETA SELECCIONAR LA OPCION DESCARGAR DEL MENU SUPERIOR.
| Página siguiente |