Biodiesel

CORPORACIN PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGA Y PRODUCCIN LIMPIA CORPODIB

7. ESTADO DEL ARTE DE LAS TECNOLOGIAS DE PRODUCCION DE BIODIESEL

7.1 GENERALIDADES DEL BIODIESEL

El biodiesel, obtenido a partir de materias primas renovables, es un combustible lquido no contaminante y biodegradable, que se utiliza en el sector del transporte urbano, minero, agrcola y marino, as como en calderas de calefaccin, incorporndolo directamente o mezclado con diesel.

Actualmente es producido y utilizado en toda Europa y ha ido ganando popularidad mundial como energa renovable debido a sus muchas ventajas. Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel de emisiones de CO2, de sulfuros, el humo visible y los olores nocivos.

Funciona normalmente en motores diesel sin modificar que pueden operar con biodiesel puro o mezclado con el petrodiesel o diesel de petrleo, consiguiendo as reducciones substanciales en las emisiones. Como su punto de inflamacin es superior, la manipulacin y el almacenamiento son ms seguros que en el caso del combustible diesel convencional.

7.1.1 Breve resea histrica

El biodiesel fue introducido en frica antes de la II Guerra Mundial. Las recientes preocupaciones por el medio ambiente han provocado un resurgimiento de este combustible en todo el mundo.323

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Las plantas para la produccin de biodiesel son construidas por varias compaas en Europa principalmente en Austria, Blgica, Francia, Alemania, Dinamarca e Italia, entre otros.

7.1.2 Principales ventajas del biodiesel

1. Es el nico combustible alternativo en cumplir con los requisitos de la Agencia de Proteccin Ambiental (EPA), bajo la seccin 211(b) del Clean Air Act.

2. El biodiesel funciona en cualquier motor diesel convencional, no requiere ninguna modificacin. Puede almacenarse puro o en mezcla, igual que el diesel.

3. El biodiesel puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporcin con el combustible diesel de petrleo. La mezcla ms comn es de 20% de biodiesel con 80% diesel de petrleo, denominado "B20".

4. La combustin de biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromticos. Adems proporciona significativas reducciones en la emanacin de partculas y de monxido de carbono. Proporciona un leve incremento en xidos de nitrgeno dependiendo del tipo motor. Distintos estudios en EE.UU. han demostrado que el biodiesel reduce en 90% los riesgos de contraer cncer.

5. El biodiesel contiene 11% de oxgeno en peso y no contiene azufre. El uso del biodiesel puede extender la vida til de motores porque posee mejores cualidades lubricantes que el combustible de diesel fsil, mientras el consumo, encendido, rendimiento y torque del motor se mantienen prcticamente en sus valores normales.

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6. El biodiesel es biodegradable en solucin acuosa, el 95% desaparece en 28 das y tiene un punto de inflamacin de 150C que se compara muy favorablemente al diesel de petrleo cuyo valor es de 50 C.

7. El biodiesel se produce a partir de cultivos que abundan en nuestro pas, como es la palma africana.

8. El biodiesel es un combustible probado satisfactoriamente en ms de 15 millones de km en los Estados Unidos y por ms de 20 aos en Europa.

9. Los olores desagradables de la combustin del diesel del petrleo, son reemplazados por el aroma de las palomitas de maz o papas fritas que se producen con el biodiesel.

10. La Oficina del Presupuesto del Congreso y el Departamento de Defensa, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, junto con otros organismos han determinado que el biodiesel es la opcin ms econmica de combustible alternativo que rene todos los requisitos del Acta de Poltica Energtica.

7.1.3 Principales retos del biodiesel

Los procesos asociados a la cadena de produccin del biodiesel son numerosos, lo que tiende a elevar su costo de produccin. La solucin es conseguir un precio competitivo optimizado y realizar el mayor nmero de procesos en una sola instalacin, como pueden ser la extraccin, trituracin y purificacin en un proceso integrado.

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7.1.4 Proceso industrial para la produccin del biodiesel

Este combustible se obtiene por transesterificacin, proceso que combina aceites vegetales y/o grasas animales con alcohol (metanol o etanol) en presencia de un catalizador con el fin de formar steres grasos. Del producto recuperado se separa la glicerina como un subproducto muy valioso para la industria. La mezcla de alcohol / ster restante se separa y el exceso de alcohol se recicla. Posteriormente los steres son sometidos a un proceso de purificacin que consiste en el lavado con agua, secado al vaco y posterior filtrado.

El aceite debe ser limpio y con un mximo de 0.5% de cidos grasos libres. Despus se mezcla el aceite con 16 % de metanol o 43% de etanol y con 1 - 3 % catalizador (KOH). El metanol o el etanol y el catalizador deben estar libres de agua. El aceite no debe tener mas de 0.1 % de H2O para evitar la formacin de jabn.

Despus de agitar esta mezcla durante 40 - 60 minutos a una temperatura entre 30C 35C, se separa de la fase glicerol que se forma. La fase glicerlica se forma a partir de la glicerina, de los jabones, del catalizador y del metanol sobrante. El ster formado se lava con agua para eliminar remanentes del catalizador y de glicerina. El ster se somete a secado y el producto obtenido biodiesel se enva a tanques de almacenamiento como producto terminado.

7.1.5 Materias primas

Las materias primas que se pueden emplear en la obtencin de biodiesel son muy variadas y pueden clasificarse en:

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7.1.5.1 Aceites vegetales

Aceites de semillas oleaginosas: girasol, colza, soya y coco. Aceites de frutos oleaginosos: palma africana. Aceites de semillas oleaginosas alternativas: Brassica carinata, Camelina sativa, Pogianus. Aceites de semillas oleaginosas modificadas genticamente: aceite de girasol de alto oleico. Aceites vegetales de final de campaa: aceite de oliva de alta acidez.

7.1.5.2 Aceites de fritura usados Grasas animales: sebo de distintas calidades.

7.1.6 Costo

Aunque el costo del biodiesel corresponde cerca a un 70% al costo de la materia prima y resulta generalmente ms costoso que el diesel, requiere de incentivos para su produccin, como es la exencin de los impuestos que se le carga a los combustibles automotrices. En Estados Unidos se ha estimado su precio entre 0.45 y 0.66 dlares/ litro.

7.1.7 Sectores implicados

Los sectores implicados en el proceso de obtencin de biodiesel se detallan a continuacin:

Agrcola: siembra y recogida del grano. Industrias aceiteras: produccin de aceite. Industria qumica: transesterificacin.327



Compaas petroleras: mezcla con diesel y distribucin del biodiesel. Cooperativas agrcolas: uso de biodiesel en tractores y maquinaria agrcola. Administraciones locales: flotas de autobuses, taxis, calefacciones etc. reas ambientalmente protegidas: utilizacin de biodiesel en los medios de transporte de parques nacionales, lagos etc. Industrial: sustituye al diesel convencional en motores, quemadores y turbinas. Se puede utilizar en flotas de autobuses, taxis y maquinaria agrcola.

7.1.7.1 Ventajas energticas, medioambientales y econmicas

El biodiesel, utilizado como combustible lquido, presenta las siguientes ventajas:

Desarrollo sostenible o Agricultura energtica.

Menor impacto ambiental o Reduccin de las emisiones contaminantes: SO2, partculas, humos visibles, hidrocarburos y compuestos aromticos. o Mejor calidad del aire. o Efectos positivos para la salud, ya que reduce compuestos cancergenos como PAH y PADH.

Reduce el calentamiento global o Reduce emisiones de CO2 . Protocolo de Kyoto. o Balance energtico positivo (sin emisiones netas) o Producto biodegradable: Se degrada el 85% en 28 das (en caso de derrames).

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Desarrollo local y regional

o Mejores condiciones sociales y econmicas en las reas productoras de palma africana. o Creacin de puestos de trabajo.

Favorece el mercado domstico.

7.1.8 Empleo del biodiesel

En general no se necesita modificaciones en el motor, en el sistema de encendido ni en los inyectores de combustible de un motor diesel estndar. Tan slo se necesita el cambio de algunos manguitos y materiales de revestimiento de piezas que estn en contacto directo con el combustible. El rendimiento, desgaste y consumo del motor son similares a la operacin con petrodiesel.

7.1.9 Seguridad

Este compuesto ofrece mejoras substanciales con relacin al diesel:

Elevado punto de inflamacin. No produce vapores explosivos. Tiene baja toxicidad en mamferos en caso de ingestin. Es biodegradable.

7.1.10 Propiedades del biodiesel

Los motores diesel de hoy requieren un combustible que sea limpio al quemarlo, adems de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. El biodiesel es el nico combustible alternativo que puede usarse directamente en329



cualquier motor diesel, sin modificaciones. Como sus propiedades son similares al diesel de petrleo, se pueden mezclar en cualquier proporcin, sin ningn tipo de problema. En Estados Unidos, existen ya numerosas flotas de transporte pblico que utilizan biodiesel en sus distintas mezclas.

Las bajas emisiones del biodiesel lo hacen un combustible ideal para el uso en las reas marinas, parques nacionales, bosques y sobre todo en las grandes ciudades. 7.2 TECNOLOGAS DEL PROCESAMIENTO DEL BIODIESEL En la qumica de la transesterificacin, se produce un intercambio de metanol por glicerol (bajo ciertas condiciones) produciendo metil-ster de cidos grasos .

Cada molcula de aceites y grasas de plantas y animales tiene la misma configuracin y slo difieren en la longitud de la cadena de carbono o en el nmero de dobles enlaces, lo cual produce diferentes puntos de fusin, estabilidad de oxidacin, etc.

A continuacin se muestran las reacciones qumicas que siguen los procesos de transesterificacin.

Transesterificacin: Reaccin principal deseada.

Aceite vegetal + Alcohol ster + GlicerinaAlcali

Acidos Aceites

Grasos vegetales

+ Alcali

Jabn Agua Agua

+ Agua

+ Alcali Jabn + Glicerina + Alcohol (Glicerina ) + Alcali + Jabn

ster + Aceite vegetal

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Neutralizacin. Reaccin inevitable. Saponificacin. Reaccin indeseable.

Glicerina

+ Alcohol

+ Alcali

Jabn

+ Agua

Equilibrio de solubilidad

Separacin de fases. ster deseado / Glicerina (fase ligera / fase pesada). Resultado de la transesterificacin de aceites vegetales

El principal objetivo de la transesterificacin es obtener una baja viscosidad (4.5 mm2/seg a 40C para metil steres) y un biodiesel con las siguientes propiedades: Tabla 7. 1.Caractersticas del biodiesel.Propiedad Nmero de cetano No contiene azufre ni aromticos No txico Adems de estas propiedades hay un reto para una calidad alta y estabilidad de produccin Alto grado de transesterificacin Nmero cido bajo Bajo contenido de glicerina libre (>99.8%) (

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