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BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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BIODIESEL Obtención
Aplicaciones
Tecnología del motor
Mayra Melián RodríguezTecnología Energética
BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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Introducción
… tenemos un gran problema …
… y tiene difícil solución …
¡¡ Nos enfrentamos a una escasez de combustibles derivados del petróleocombustibles derivados del petróleo !!
BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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Introducción
… Hay que buscar soluciones viables para en el mañana disponer de combustibles …
Aprendiendo de los errores del presente y del pasado para evitarlos en el futuro …
¿ COMO ?
HACIENDO USO DE LA CIENCIA Y LA TÉCNICA
BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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Reseña histórica
Desde la antigüedad, el hombre ha utilizado la LEÑA y la PAJA, para calentarse
También conocía los aceites para iluminarse
Usó el carbón vegetal para trabajar metales
BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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Reseña histórica
Una forma moderna de llamar a la paja, la madera, el carbón vegetal, los aceites … es llamarlos BIOCOMBUSTIBLES!
Con el descubrimiento del petróleo, este desbancó a los combustibles tradicionales.
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…Y todo fue muy bien, hasta la crisis del petróleo de 1973, donde se empezó a volver a tomar conciencia de que existen otras alternativasal petróleo…
EL HOMBRE SE DIO CUENTA DE QUE EL PETRÓLEO NO ERA ETERNO
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Reseña histórica
… Entonces, es sabio mirar atrás…
Y utilizar el conocimiento para corregir los fallos del pasado, para no volver a cometerlos en el futuro…
BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología
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¿ Qué es un biocombustible?
Definición: Se entiende por biocombustible a aquel combustible de origen biológico que no se ha fosilizado.
Estos biocombustibles, son una alternativa viable y ecológica a los combustibles fósiles
PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN
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Clasificación de los biocombustibles
Su clasificación se hace en base a su estado físico:
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Ventajas de los biocombustibles
Presentan las siguientes ventajas:
Disminución de emisiones Biodegradables y
renovables
¡ Cierran el ciclo del
Carbono!
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Ventajas de los biocombustibles
Pueden se la solución a los problemas ambientales que estamos detectando…
¡¡ HAY QUE DESARROLLAR TECNOLOGÍAS !!
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Biocombustibles líquidos
… y una de estas tecnologías es la utilización de BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS…
Para alimentar a la voráz
GENERACIÓN DEL GENERACIÓN DEL COCHECOCHE
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Los biocombustibles líquidos
Estos se pueden obtener de tres tipos de cultivos
Cultivos azucareros: Etanol por vía fermentativa
Cultivos oleaginosos: Aceites vegetales
Cultivos forestales: Metanol, líquido piroleñoso, gas
¡¡ Los dos primeros son potencialmente explotables y muy conocidos !!
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Aceites Vegetales
Desde la antigüedad el hombre ha conocido las propiedades combustibles de los aceites vegetales, que utilizaba para la iluminación.
Y sabia como aprovecharlos…
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Aceites Vegetales
A finales del siglo XIX, Diesel patentó su motor (1893)
Utilizó aceite para hacer funcionar su motor en la Exposición Mundial de París de 1900 Rudolf Diesel
¡ y gané el primer premio!
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Problemas de los aceites vegetales
Con motores convencionales:
Alta densidad Inestabilidad Alto coste vs. Gasóleo Viscosidad Elevada Mayor consumo Menor rendimiento
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Posibles Soluciones
Utilizar motores de inyección indirecta que calienten el aceite
Modificar las propiedades del mismo. Reacción de Transesterificación
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Biodiesel
Definición: El biodiesel se puede definir como un combustible alternativo, producido a partir de aceites vegetales, aceites y grasas de fritura reciclados o grasas animales.
Se considera una fuente renovable, porque la planta produce aceite a partir del aire y la luz solar, dos fuentes inagotables.
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Biodiesel
MATERIAS PRIMAS Ésteres de ácidos grasos
+ Aceites Vegetales
+ Grasas Animales
+ Aceites de Fritura Usados Alcoholes
+ Metanol
+ Etanol
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Biodiesel. Clasificación
GENERAL: FAME’s (Fatty Acid MethylEster)
SME: Soy/Sunflower MethylEster, obtenido a partir de aceite de semilla de soja o girasol.
CME: Canole MethylEster, la materia prima es el aceite de canola.
LME: Lard MethylEster, obtenido a partir de manteca de cerdo.
ETME: Edible Tallow MethylEster, este éster es fabricado utilizando grasas comestibles
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Biodiesel. Clasificación
ITME: Inedible Tallow MethylEster, se obtiene de grasas no comestible
LYGME: Low Free Fatty Acid MethylEster, con esta calificación nos referimos a aceites de buena calidad
HYGME: High Free Fatty Acid MethylEster, esta denominación se aplicará cuando son aceites reciclados
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Biodiesel. Clasificación
•Según la materia prima que elijamos, tendremos distintas proporciones de ésteres. Los más adecuados son los saturados, por su estabilidad.
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Biodiesel. Clasificación
Las especificaciones del biodiesel están recogidas en dos normas aceptadas internacionalmente:
- ASTM D6751 (B20 y B100)
- DIN E51606 (B100)
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Biodiesel. Especificaciones ASTM D6751-3
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Biodiesel. Especificaciones
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Biodiesel. Caracteristicas
Viscosidad similar al gasóleo Elevado número de cetano Reducción de las emisiones 31% de los costes de producir la misma
cantidad de gasóleo No tóxico y seguro Ecológico y renovable
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Números de cetano
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Comparativa de propiedades
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Ventajas del Biodiesel
Menos emisiones• Partículas• HC’s• PAH• SO2
¡¡Aumento de Nox!!
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Ventajas del Biodiesel
Cierra el ciclo del carbono
No es tóxico ni peligroso
Aumento del rendimiento
Poder lubricante
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Inconvenientes del Biodiesel
Perdida de entre un 5-10% de potencia Aumento de emisiones de NOx
Residuos en inyectores, válvulas y pistón Dilución del aceite lubricante Mayor ensuciamiento de los filtros Ataque a diversos polímeros Problemas de arranque en frío
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Soluciones. Motores
Trabajar con sistemas adaptados:
Motores duales: Gasoleo + Biodiesel
Motores de inyección indirecta. Precámara.
Motores con precalentamiento. Deutz
Motores especiales. Elsbett
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Motor Elsbett
Motor Semiadiabático
Refrigeración por aceite
Alcanza 1300ºC en el núcleo
Motor Policarburante
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Motor Elsbett
Para alcanzar las prestaciones:
Pistón de diseño específico
Inyectores especiales
Circuito estanco de refrigeración por el propio aceite lubricante
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Motor Elsbett
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Motor Elsbett
Disposición de la inyección e inyectores
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Motor Elsbett
Tiene un mayor rendimiento termodinámico, por operar a mayor temperatura.
Puede operar en un rango elevado de viscosidades (2-40 cSt a 40ºC)
Funciona con aceites, biodiesel, gasóleos
Posibilidad de adaptabilidad a cualquier vehículo
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Proceso de Fabricación
OBJETIVOS Hacer reaccionar los
aceites con el alcohol Máxima conversión Separación de
productos - Metilester- Glicerina
Proceso rápido y seguro
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Proceso de fabricación
MICROEMULSIÓN
PIRÓLISIS
DILUCIÓN Y MEZCLADO
TRANSESTERIFICACIÓN
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La reacción Química
Reacción de Transesterificación Requiere catalizador y temperatura alta (~50ºC) Aplicable a Aceites (Triglicéridos)
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Tipos de Catálisis
Catálisis Ácida: Sulfúrico, Sulfónico
~ 3 horas, 100ºC , no agua, 1-2 % Catálisis Básica: NaOH, KOH
~ 1,5 horas, 60ºC
Catálisis Básica: Metóxidos de Na y K
~ 30 minutos, 50ºC 0,5 %
Elevadas conversiones > 98% Catálisis Heterogénea
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El proceso
Procesado de la semilla Filtración y limpieza del
aceite, si es usado Preparación del
catalizador Reacción de
transesterificación Separación de
productos
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El proceso. Problemas
Proceso discontínuo
Rentabilidad limitada Difícil control de las
especificaciones Tecnología poco
madura
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Reactor
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Situación Actual en España
Plantas operativas:- Bionor: 20000 t/año- Stocks: 6000 t/año- Biodiesel: 35000 t/año
En ejecución:- Bionet: 50000 t/año- Biocarburants: 100000 t/año- Biodiesel IDAE: 5000 t/año
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Nuevas Tecnologías
Trabajar en contínuo: Catálisis Heterogénea
Varias líneas de investigación:
1. Intercambio iónico
2. Enzimas inmovilizadas
3. Zeolitas4. Catalizadores de Zr y Ti
La más prometedora
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Catálisis con Zeolitas
Pumitas acidificadas Zeolitas Tipo Y Catalizador de FCC,
HZSM-5 H-mordenita Silicatos de aluminio Sílice amorfa
mesoporosa dopada
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Catálisis con Zeolitas Y
Reactor lecho fijo (ULL) Distintos tipos de Zeolitas comerciales tipo Y (ULL)
Mejor Resultado:
Zeolita Y530 , a 466ºC (t~ 12 min)
Sílice mesoporosa
amorfa (MCM-41) (UMA)
Resultados por determinar
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Conclusiones
El biodiesel es una alternativa a los combustibles fósiles, pero NO LA SOLUCIÓN
Apostar por las energías renovables Considerar tecnologías existentes, pero de
poca difusión (Motor Elsbett) Otras fuentes potenciales: Etanol, Metanol,
DME, MTBE, ETBE
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Conclusiones
Inserción progresiva: Mezcla con gasóleos convencionales: B20 (20% Biodiesel)
Introducir el proceso continuo (catálisis heterogénea)
Concienciar al mercado de la potencialidad de esta alternativa.
Cuestiones políticas
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BIOETANOL
El bioetanol se produce a partir de materiales con biomasa celulósica, abarcando este término toda la materia orgánica de origen vegetal, incluyendo también los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.
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Tipo de Proceso: FERMENTACIÓN
Fermentación alcohólica azúcares simples como por ejemplo la
glucosa se convierte en alcohol etílico y dióxido de carbono.
Llevada a cabo mayoritariamente por levaduras “Saccharomyces cerevisiae ”
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Proceso de produccion del Etanol
Bajo coste del transporte de las materias primas
Bajo coste de la conversión de polímeros a mono y disacáridos utilizables
Uso de cultivos mixtos para catabolizar diferentes substratos y convertirlos en metabolitos deseados
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Proceso de produccion del Etanol
Utilización de procesos anaerobios debido a la elevada demanda de energía de la aireación
Uso de cepas termófilas para ahorrar costes en enfriamiento, conseguir velocidades de conversión más altas y reducir la contaminación
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Proceso de produccion del Etanol
El proceso debe ser adaptable al cultivo continuo
Bajo coste de la recuperación y concentración
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Biosintesis del Etanol
GLUCOSA GlucólisisPIRUVATO Piruvato descarboxilasa. Mg2+. Pirofosfato
de tiaminaACETALDEHIDO + CO2 Alcohol deshidrogenasa.NADH2ETANOL
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Etapas Proceso Producción Etanol
Preparación de la solución de nutrientes
Fermentación
Balance de Energía
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Importancia del Bioetanol
Aditivo en nuestras gasolinas, está presente por tanto en todos los sitios , todos los días.
Economía Científico Medio ambiental Social
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Bioetanol en España
Planta Gallega (Teixeiro)
Planta de Salamanca (Babilafuente)
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BIODIESEL Y BIOETANOL
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