El biodiesel es "menos" contaminante

Que una fuente de energía sea renovable o no renovable y que sea no contaminante o bien contaminante, son dos cosas diferentes, que acostumbran a corresponderse pero no necesariamente siempre, y no en este caso. El biodiésel es renovable porque aceites vegetales habrá mientras haya olivos u otras plantas que los produzcan. Pero de aquí no se sigue que sea no contaminante. De hecho, si es un combustible, es porque quema, y quema porque tiene carbono, y, al quemar carbono, desprende energía, pero también desprende dióxido de carbono (CO2). Como todos los combustibles.

Ahora bien, según la información (en la parte bien expresada), la combustión de estos aceites no desprende:

partículas sólidas en suspensión (lo que hace que el humo sea negro),
óxido de carbono (CO), producto de combustión incompleta,
dióxido de azufre (SO2) (lo que causa la lluvia ácida).

Por lo tanto seamos claros y no engañemos a la gente: el biodiésel es «menos» contaminante que otros combustibles, como la gasolina, y, además, es renovable. Sigue produciendo el principal gas de efecto invernadero (dióxido de carbono), y su uso seguirá amenazando con el calentamiento del planeta y la posibilidad de sus principales efectos:

fundición de hielos polares y aumento del nivel del mar, con inundación de zonas costeras e islas,
irregularidades climáticas, superiores y diferentes a las que ya tenemos (porque el clima, ya de por sí, siempre es irregular), es decir, irregularidades diferentes a aquellas a las cuales ya estamos acostumbrados desde milenios,
desertización de las tierras próximas a los desiertos actuales,
entre otros.

Así pues, el uso del biodiésel es «una cierta» solución «parcial». No es ni mucho menos «la» solución. «La» solución sólo puede ser la electricidad producida por los rayos solares, por el viento, por el movimiento de las aguas, etc. O bien la combustión de hidrógeno. Que nadie tranquilice su conciencia «del todo» y que nadie crea que ya hemos encontrado la piedra filosofal sobre energía.

Biodiesel, ¿aumenta el consumo?

Estos días en varios medios he leído la noticia de que la provincia de Ávila ha aumentado en 2007 el consumo de biodiésel respecto al año anterior en un 60%. Visto así es todo un éxito. Ahora bien, el consumo de biodiésel supone el 0,21% del total de diésel, esto ya no es para estar muy contento, y desde luego la cifra de una pequeña provincia no es extrapolable al país.
Respecto al biodiésel ha habido una serie de fases muy interesantes en los últimos dos años, al menos tal y como yo los he percibido. Primero se dijo que el biodiésel era lo mejor para que los coches dejaran de contaminar, o al menos para que contaminaran menos: reducción de emisiones netas de CO2 y por tanto freno al cambio climático supuestamente asociado.
En esta primera fase el consumidor apenas dispone de biodiésel y pocos se atreven a utilizarlo por temor a dañar su motor. Los fabricantes de coches no dicen nada salvo que se les pregunte directamente, pero obvian la existencia del biocombustible.
Una segunda fase en la que el uso de biodiésel anula la garantía de los motores de los coches, y de forma explícita las marcas se eximen de responsabilidad por su utilización. ¿El biodiésel no tiene futuro entonces? ¿Por qué los fabricantes no entran a competir por conseguir atraer al consumidor que pueda utilizar el biodiésel como hacen ahora con la reducción de emisiones contaminantes?
Poco después el biodiésel es puesto en entredicho desde el punto de vista ecológico porque no supone una reducción de emisiones de CO2 por la energía que se gasta en su producción. Como esta corriente parece no calar rápidamente, la postura anti biodiésel es reforzada por las teorías de que son los causantes del aumento de los precios de los alimentos de forma generalizada.
A continuación el tema de los precios va quedando poco a poco claro que no tiene nada que ver, salvo excepciones, con los biocombustibles.
Durante todo el tiempo, y más en el último año, surgen multitud de técnicas en ensayo para fabricar biodiésel de materias primas alternativas que garanticen la reducción de emisiones (algunos se inventan entonces lo de segunda generación).
Las fábricas de biodiésel españolas se paralizan por cuestiones económicas, es más rentable importarlo y no hay cultivos energéticos dispuestos a vender su producción a esta industria.¿La industris del biodiésel en crisis?
Ahora el precio del diésel convencional supera al precio de la gasolina, ¿significará esto una reacctivación de la producción de biodiésel? ¿A partir de qué materias primas se hará? Si los agricultores no están por la labor, quedan las materias primas alternativas, pero las diversas tecnologías aún están por desarrollar un poco, ¿se pueden adaptar a una producción industrial?

Obtención de biodiesel a partir de la glicerina

Una empresa andaluza ha desarrollado un sistema para producir biodiésel a partir de la glicerina que es el residuo de la producción de biodiésel. En la fabricación del biodiésel se produce 1 kg de glicerina por cada 10 kg de biodiésel. Ahora mismo la glicerina tiene cierta salida comercial, pero cuanto más biodiésel se produzca, menos valor tendrá.
El sistema utiliza unos microorganismos a los que les gusta comer glicerina que transforman en aceites con los que producir el biodiésel. No es la primera vez que se describe un método a base de microorganismos para convertir la glicerina en biocombutible. Hace unos meses se publicó un estudio en el que mediante una bacteria se convertía el glicerol en etanol.
Tanto un proceso como el otro, que evitan la gestión de un residuo que puede llegar a ser muy molesto, creo que son muy importantes para el futuro del biodiésel. Si solucionamos la problemática de la materia prima y también la de los residuos, cerramos el ciclo productivo de maner muy eficiente.

Cada vez más viable el cultivo de la colza para la producción de biodiésel en Andalucía

Los resultados de la Red Andaluza de Experimentación Agraria (RAEA) de Biocombustible de la campaña 2006/2007 son muy esperanzadores para la viabilidad del cultivo de la colza en Andalucía.
El coordinador de esta RAEA, Rafael García, del Instituto de Investigación y Formación Agraria y Pesquera (IFAPA) Alameda del Obispo de Córdoba, informa de que se han analizado una treintena de variedades de colza con destino a la producción de aceite para carburante en fincas de variada dimensión de las provincias de Cádiz, Córdoba y Sevilla, y del total de variedades estudiadas, más del 95% se adapta perfectamente a las condiciones edafoclimáticas de Andalucía y las más recomendables para la región son las de primavera, que se siembran en otoño y se recolectan a finales de mayo o primeros de junio aproximadamente. Según el IFAPA, en cuanto a la producción, los ensayos de colza en diferentes fincas han demostrado un alto rendimiento de este cultivo, en torno a 2,3 toneladas por hectárea.En esta investigación también han colaborado directamente las empresas Linares Biotecnology y Ebro Puleva, con las que el IFAPA mantiene sendos convenios de colaboración para planificar estudios y realizar trabajos que conduzcan a un desarrollo sostenible del cultivo de la colza para la producción de biodiésel en Andalucía. Además, el IFAPA participa en la ejecución de un proyecto Cenit de investigación (enmarcado en el programa Ingenio 2010 para fomentar la cooperación público-privada en I+D+i) para el impulso del biodiésel en España, liderado por Repsol YPF y en el que también se integran otras empresas de distintos sectores interesadas en mejorar su rentabilidad y ampliar su campo de actuación.EL IFAPA coordina en la actualidad todas estas actividades en el marco de los diferentes planes para el impulso de la producción de biodiésel que tienen tanto la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa (a través de la Agencia Andaluza de la Energía) como la Consejería de Agricultura y Pesca de la Junta de Andalucía.

De la glicerina al biodiesel

La Universidad Rey Juan Carlos investiga el proceso de transformación de la glicerina en biocarburante. El combustible obtenido permite obtener mejoras de sus propiedades en frío, así como una reducción de viscosidad y emisiones contaminantes aún más bajas.

Un equipo de investigación liderado por el científico español Juan Antonio Melero está llevando a cabo la investigación "Transformación de la glicerina en biodiésel" en la Universidad Rey Juan Carlos de Madrid. El proyecto desarrolla un sistema de aprovechamiento de la glicerina y la transforma en biocombustible (para sustituir al gasóleo) con bajos costes de producción. La glicerina es un subproducto generado en los procesos de transformación de los biocarburantes que está inutilizado y del que se prevé exista un importante excedente en Europa a partir de 2010.

Según las estimaciones del proyecto, la producción de biodiésel a partir de aceites vegetales o grasas animales produce en torno a un 10% de glicerina como subproducto. Si las expectativas se mantienen, para 2010 habrá una producción anual diez millones de toneladas de biodiésel, y por tanto un millón de toneladas de glicerina.

EL ACEITE DE RICINO COMO MATERIA PRIMA

Viabilidad Técnica: El aceite de tártago (o de ricino) por su solubilidad en alcohol y no exigir calor para su transformación en combustible, es materia prima excelente para producir biodiesel.
Vialidad económica: En el mercado, donde se privilegian los intereses económicos, producir biodiesel a partir del aceite de tártago, no es competitivo.
Se pretende sustituir al gasoil por combustibles obtenidos a partir de diversos aceites, de los cuales, el de tártago es técnicamente el mejor, pero el mas costoso y tres veces mas caro que el producto que se quiere sustituir (el gasoil).
Los otros aceites que pueden ser utilizados como materia prima para producir biodiesel, son de girasol, de soja y en general, los comestibles. Todos ellos de considerable menor valor que el aceite de tártago, pero mas caros que el gasoil.
No cabe esperar que el precio del petróleo aumente de tal manera que haga viable económicamente la utilización de aceite de tártago como materia prima del biodiesel, pues hoy dicho aceite sustituye a derivados del petróleo de mas valor, y mañana los seguirá sustituyendo. En esta hipótesis, la misma escasez de hidrocarburos ocasionará la suba de precios de todos sus derivados, y no solamente al gasoil, de tal manera que el aceite de ricino seguirá sustituyendo a los derivados de mayor valor.
En cambio sí cabe esperar que esa hipotética alza de precios del petróleo haga viable económicamente la utilización de aceites que en la actualidad se los utilizan como comestibles, (soja, girasol,etc.) y que al momento actual son mas caros que el producto que se quiere suplantar. Ocurre que sus precios no están ligados o relacionados con los del petróleo, sino que con el mercado de alimentos.
Pero todo debe ser analizado con muchas reservas, pues en una primer etapa, solamente el petróleo suplantará al petróleo.
Esto es así, porque en la actualidad se utiliza al hidrocarburo extraído en forma primaria casi en su totalidad. Luego, se lo extraerá, de las mismas cuencas, en forma asistida también denominada secundaria, es decir con tecnología mas sofisticada, que aunque mas cara, permitirá extraer grandes cantidades de petróleo, mayor a todo lo extraído hasta la fecha, regulando de alguna manera el precio del producto.
Cuando se dice que existen reservas de petróleo para “tantos años”, es siempre en base a un estudio de demanda a futuro, y considerando las reservas ya halladas. Pero la prospección de hidrocarburos no deja de actuar a lo largo y ancho del mundo, y siempre se encuentra una nueva zona petrolífera. Para comprender esta realidad, se puede tomar en cuenta que en el año 1980, por ejemplo, las reservas de petróleo eran para 25 años. Sin embargo hoy seguimos consumiéndolo. Es que a partir de ese año, se descubrieron nuevas reservas que entraron en producción.
Por supuesto que es un recurso no renovable, y que tiende a agotarse. Solamente es interesante poner en manifiesto la realidad, como herramienta para la toma de decisiones cuando se deban asignar recursos para investigación o desarrollo de proyectos “novedosos”.
Un mercado donde se tome en cuenta la acción benefactora a la naturaleza de los biodiesel, es solo concebible si el Estado participa activamente, de tal manera de hacer viable económicamente el uso de materias primas mas caras que el producto que se pretende suplantar. Aún en este escenario hipotético, siempre al estado le resultará menos gravoso utilizar a los aceites comestibles y no al de ricino.-
También cabe hacer un análisis de las cantidades requeridas para poder cumplir los compromisos de Kyoto. Estos volúmenes son tan enormes, que solamente se podrán cubrir con la producción de aceites que hoy se utilizan para alimento. Pues por las cantidades que se siembran en nuestro país y en el mundo entero, sustentado en un desarrollo tecnológico de primer nivel, con pequeños porcentajes de aumento en las áreas cultivadas, se logran grandes resultados, no siendo así en el caso del ricino, cuya superficie de cultivo es bien menor a nivel mundial y prácticamente nula en nuestro país.

MATERIAS PRIMAS

La fabricación del Biodiesel es sencilla, y no requiere de economías de escala: Se parte de un aceite vegetal, que se somete a un proceso llamado de transestearificación (en la siguiente sección se explica la mecánica de la reacción). Como resultante de esto se obtiene Biodiesel, y un subproducto genéricamente conocido como glicerol o comercialmente glicerina, que tiene más de 1600 usos en el agro, la industria, la medicina, los cosméticos, y la alimentación.
El Biodiesel que se obtiene solo requiere filtrado previo antes de ser usado. Como no se degrada con el tiempo, como lo hace el gasoil fósil, puede almacenarse en forma sencilla y económica.
Claro esta que tiene sus desventajas: la principal es que la maquina funciona mejor si se enciende con petrodiesel ordinario, luego se cambia a biocombustible y posteriormente se vuelve a cambiar a petrodiesel antes de parar el motor. Esto implica tener dos depósitos de combustible -- algo que no es un asunto sencillo con los diesel, que tienen sistemas de combustible hermético. Por lo tanto, la opcion mas utlizada es una mezcla, 80% petrodiesel, 20% Biodiesel.
Materias primas:
La materia prima basica es el aceite vegetal, de cualquier tipo, tanto usado como nuevo. En procesos industriales a alta escala se utlizan aceites nuevos, mas adelante veremos porque. Sirven todos los que provengan de las plantas y algas oleaginosas, por lo que la eleccion de este se basa exclusivamente en la capacidad de cultivo, el costo de este, etc.

Naturalmente ciertos tipos de aceites generan mas combustible que otros.
Los litros de Biodiesel que se obtienen por hectárea, dependerán del cultivo que da origen al aceite vegetal :

- Soja (Glicine max): 420 litros
- arroz (Oriza sativa): 770 litros
- tung (Aleurites fordii): 880 litros
- girasol (Helianthus annuus): 890 litros
- maní (Arachis hipogaea): 990 litros
- colza (Brassica napus): 1100 litros
- ricino (Ricinus communis): 1320 litros
- jatropa (Jatropha curcas): 1590 litros.
- aguacate (Persea americana): 2460 litros
- coco (Cocos nucifera): 2510 litros
- cocotero (Acrocomia aculeata): 4200 litros
- palma (Elaeis guineensis): 5550 litros

Balance de materia para el Aceite de fritura

Balances de materia para aceite de Girasol

Proceso de obtención de biodiésel

Características de la reacción de Transesterificación

Transesterificación:

También llamada alcohólisis. Es la reacción principal en la obtención del biodiésel y consiste básicamente en hacer reaccionar un éster con un alcohol. Para nuestro caso, el éster a usar será un triglicérido, que no es más que tres cadenas largas de ácidos grasos esterificadas a un esqueleto de glicerina. Generalmente, los alcoholes a usar son primarios o secundarios que van de 1 a 8 átomos de carbono. Por regla general, el alcohol que hacemos reaccionar es un alcohol ligero como el metanol, etanol absoluto y etanol 96 %. Este último cuidando mucho las condiciones de la reacción. Un beneficio extra que se obtiene al trabajar con etanol en lugar de metanol, es que los etil ésteres obtenidos presentan menor punto de niebla y escurrimiento, y como consecuencia, menor punto de obturación de filtro en frío, si se los compara con los metil ésteres.

Punto de Niebla: Es aquella temperatura a la que, bajo condiciones normalizadas, se observa la cristalización de parafina (alcanos) en el seno del fluido, con la consiguiente aparición de cierta turbidez.

Punto de Escurrimiento: Temperatura a la cual un aceite deja de fluir, toma el estado sólido en condiciones de presión ambiente. El Punto de Escurrimiento es la máxima temperatura (usualmente bajo cero °C) para la cual el aceite no puede moverse o deformarse con su propio peso.

Sin embargo, estos alcoholes ligeros son higroscópicos y son susceptibles de absorber moléculas de agua del aire.
Esta reacción suele ir acompañada de un catalizador. Existen varios tipos de catalizadores:


Catalizadores ácidos homogéneos: Tales como el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico o el fosfórico entre otros. Incluso se ha usado el carbonato de sodio sólido para la catalización homogénea. La velocidad de reacción es lenta, pudiendo echar un exceso de alcohol a la reacción para desplazar el equilibrio hacia el producto deseado. Otra desventaja de estos catalizadores es que la acidez del producto final no cumple con las normas establecidas. Se suelen usar más para la esterificación de ácidos grasos libres. Para este tipo de catalizadores, en el paso final, se requiere una neutralización con una base.

Catalizadores ácidos heterogéneos: Tales como las zeolitas, resinas sulfónicas, SO4/ZrO2, WO3/ZrO2. Para los catalizadores ácidos en general, se necesitan condiciones de temperaturas más altas.


Catalizadores enzimáticos: Son caros y se obtiene una velocidad más lenta. No se está usando generalmente para uso industrial, solo en laboratorios. Al usar enzimas inmovilizadas, la acidez final del producto tampoco cumple las normas exigidas y se puede llegar al problema del agotamiento del catalizador heterogéneo. El rendimiento de los metilésteres es menor que 99.7%. Un porcentaje mayor a este se requiere para un biodiesel de calidad. Un ejemplo de estos catalizadores son las lipasas: Candida, Penicillium, Pseudomonas.


Catalizadores básicos homogéneos: Se obtienen mejores resultados cinéticos con una mayor calidad del producto deseado. Los más usados son NaOH, KOH y metóxido sódico. Estos catalizadores básicos también son higroscópicos pudiendo formar agua cuando reaccionen con el alcohol, además de absorberla del aire. Si se absorbe una cantidad considerable de agua, el catalizador actuará pobremente. Se ha observado que la reacción es más rápida cuando se cataliza con un alquilo

Catalizadores básicos heterogéneos: Tales como MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3


En resumen, tenemos:





Variables que afectan a la reacción de transesterificación:

Entre las variables más importantes que afectan a la reacción de transesterificación se cuentan las siguientes:

Acidez y humedad:

Los contenidos de ácidos grasos y de humedad son los parámetros determinantes de la viabilidad del proceso de transesterificación del aceite vegetal. Para que se realice la reacción completa se necesita un valor de ácidos grasos libres (FFA) menor al 3%. Cuánto más alta es la acidez del aceite, menor es la conversión. Además, tanto el exceso como la deficiencia de catalizador pueden producir la formación de jabón, amén, que como se ha comentado, la presencia de humedad disminuye el rendimiento de la reacción, pues el agua reacciona con los catalizadores formando jabones.
Si las grasas animales o los aceites vegetales, con valores altos de FFA, se quieren utilizar para producir biodiésel, se puede hacer una esterificación con catálisis ácida.

Las materias primas usadas como base para el proceso de alcoholisis deben cumplir ciertas especificaciones. Los triglicéridos deben tener un valor ácido bajo y los materiales deben contener baja humedad. La adición de catalizadores de hidróxido de sodio compensa la alta acidez, pero el jabón resultante provoca un aumento de viscosidad o de formación de geles que interfieren en la reacción y en la separación del glicerol. Cuando no se dan estas condiciones los rendimientos de la reacción se reducen sustancialmente. El hidróxido y metóxido de sodio o de potasio deben mantener un grado de humedad bajo. Su contacto con el aire disminuye la efectividad del catalizador por su interacción con el dióxido de carbono y la humedad.


Relación molar de alcohol / aceite y tipo de alcohol:

Una de las variables más importantes que afectan al rendimiento del proceso es la relación molar del alcohol y los triglicéridos. La relación estequiométrica requiere tres moles de alcohol y un mol de triglicérido para producir tres moles de esteres y un mol de glicerol. La transesterificación es una reacción de equilibrio que necesita un exceso de alcohol para conducir la reacción al lado derecho. Para una conversión máxima se debe utilizar una relación molar de 6:1. En cambio un valor alto de relación molar de alcohol afecta a la separación de glicerina debido al incremento de solubilidad. Cuando la glicerina se mantiene en la solución hace que la reacción revierta hacia la izquierda, disminuyendo el rendimiento de los ésteres.

La formación de éster etílico comparativamente es más difícil que la de éster metílico, especialmente la formación de una emulsión estable durante la etanólosis es un problema. El etanol y el metanol no se disuelven con los triglicéridos a temperatura ambiente y la mezcla debe ser agitada mecánicamente para que haya transferencia de masa. Durante la reacción generalmente se forma una emulsión, en la metanólosis 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 complica mucho la separación y purificación de los esteres etílicos. La emulsión está causada en parte por la formación de monoglicéricos y diglicéricos intermedios, que contienen tanto grupos hidróxidos polares como cadenas de hidrocarburos no polares.

Efecto del tiempo de reacción y temperatura:

La conversión aumenta con el tiempo de reacción.
La transesterificación se puede producir a diferentes temperaturas, dependiendo del tipo de aceite.

Aplicaciones de la glicerina en cosmética

La glicerina es un producto empleado para la elaboración del jabón y se obtiene fundiendo aceites y grasas en un medio alcalino.

Es un liquido totalmente inodoro, falto de color y transparente; se usa como bactericida, suavizante y lubricante, pues, en cantidades adecuadas conserva y mantiene la humedad natural.
En los establecimientos de productos químicos y las tiendas naturistas se venden recipientes de glicerina.

La glicerina se usa en la industria para fabricar lociones para el cabello y cremas para la epidermis y las manos; preparados que pueden hacerse en casa con los ingredientes en estado puro.

Hay otros productos de belleza que incluyen glicerina, como son los astringentes, los refrigerantes, las cremas para aclarar la piel, los champús, los acondicionadores, los ungüentos para las manos, las pomadas para la cutícula, las lociones para las quemaduras del sol.
Otras lociones corporales, los jabones líquidos y los aceites de baño.

Procesos de obtención del Biodiésel

Proceso Discontinuo

Es el método más simple para la producción de biodiésel donde se han reportado ratios 4:1 (alcohol:triglicérido). Se trata de reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un condensador de reflujo. Las condiciones de operación más habituales son a temperaturas de 65ºC, aunque rangos de temperaturas desde 25ºC a 85ºC también han sido publicadas. El catalizador más común es el NaOH, aunque también se utiliza el KOH, en rangos del 0,3% al 1,5% (dependiendo que el catalizador utilizado sea KOH o NaOH). Es necesaria una agitación rápida para una correcta mezcla en el reactor del aceite, el catalizador y el alcohol. Hacia el fin de la reacción, la agitación debe ser menor para permitir al glicerol separarse de la fase éster. Se han publicado en la bibliografía resultados entre el 85% y el 94%.
En la transesterificación, cuando se utilizan catalizadores ácidos se requiere temperaturas elevadas y tiempos largos de reacción. Algunas plantas en operación utilizan reacciones en dos etapas, con la eliminación del glicerol entre ellas, para aumentar el rendimiento final hasta porcentajes superiores al 95%. Temperaturas mayores y ratios superiores de alcohol:aceite pueden asimismo aumentar el rendimiento de la reacción. El tiempo de reacción suele ser entre 20 minutos y una hora. En el gráfico 1 se reproduce un diagrama de bloques de un proceso de transesterificación en discontinuo.

Gráfico 1. Proceso de transesterificación en discontinuo.

Proceso Continuo

Una variación del proceso discontinuo es la utilización de reactores continuos del tipo tanque agitado, los llamados CSTR del inglés, Continuous Stirred Tank Reactor. Este tipo de reactores puede ser variado en volumen para permitir mayores tiempos de residencia y lograr aumentar los resultados de la reacción. Así, tras la decantación de glicerol en el decantador la reacción en un segundo CSTR es mucho más rápida, con un porcentaje del 98% de producto de reacción. Un elemento esencial en el diseño de los reactores CSTR es asegurarse que la mezcla se realiza convenientemente para que la composición en el reactor sea prácticamente constante. Esto tiene el efecto de aumentar la dispersión del glicerol en la fase éster.
El resultado es que el tiempo requerido para la separación de fases se incrementa. Existen diversos procesos que utilizan la mezcla intensa para favorecer la reacción de esterificación. El reactor que se utiliza en este caso es de tipo tubular. La mezcla de reacción se mueve longitudinalmente por este tipo de reactores, con poca mezcla en la dirección axial. Este tipo de reactor de flujo pistón, Plug Flow Reactor (PFR), se comporta como si fueran pequeños reactores CSTR en serie. El resultado es un sistema en continuo que requiere tiempos de residencia menores (del orden de 6 a 10 minutos) –con el consiguiente ahorro, al ser los reactores menores para la realización de la reacción. Este tipo de reactor puede operar a elevada temperatura y presión para aumentar el porcentaje de conversión.
En el gráfico 2 se presenta un diagrama de bloques de un proceso de transesterificación mediante reactores de flujo pistón. En este proceso, se introducen los triglicéridos con el alcohol y el catalizador y se somete a diferentes operaciones (se utilizan dos reactores) para dar lugar al éster y la glicerina.
Dentro de la catálisis heterogénea los catalizadores básicos se desactivan fácilmente por la presencia de ácidos grasos libres (FFA) y de agua que favorece la formación de los mismos. Para tratar alimentaciones con cierto grado de acidez, se prefiere la esterificación de los ácidos grasos libres con superácidos que a su vez presenten una elevada velocidad de reacción de transesterificación, lo que implica que se requiera de dos reactores con una fase intermedia de eliminación de agua. De este modo, alimentaciones con hasta un 30% en FFA se pueden esterificar con metanol, reduciendo la presencia de FFA por debajo del 1%. Esta etapa previa de esterificación se puede llevar a cabo con alcoholes superiores o glicerina que resulta atractiva en la producción de biodiésel puesto que es un subproducto del proceso.

Gráfico 2. Proceso de obtención de biodiésel mediante reactores de flujo pistón.

PROCESO

Este proceso prevé el empleo de aeites o grasas que contienen acidéz libre, y en su primera fase los àcidos grasos libres se transforman en màs metilester. Esta es una ulterior ventaja ya que no es necesario procesar previamente grasas y o aceites para eliminar tales impurezas obteniéndose ademàs un rendimiento superior respecto de los triglicéridos de partida.












El esquema simplificado de una planta contínua para producir el biodiesel se puede observar en el diagrama siguiente:

En el mezclador estàtico MX 1 se mezclan el alcohol metìlico y el aceite que contiene àcidos grasos libres. Este producto se hace pasar luego a través del reactor (R 1) que funciona con catalizador en lecho fijo donde se produce la reacciòn de esterificaciòn de los àcidos grasos libres. La corriente proveniente de esta unidad se mezcla en la unidad estàtica MX 2 con el metanol necesario para la transesterificaciòn, màs un pequeño exceso del mismo, y el catalizador. Esta corriente ingresa en el reactor tubular R 2 en el cual se produce la transesterificaciòn de los triglicèridos. El producto de la reacciòn, compuesto por el metilester, la glicerina, el metanol en exceso y el catalizador, debe ser neutralizado. Para ello se mezcla en la unidad estàtica MX 3, con un àcido mineral en la cantidad necesaria. Posteriormente en la unidad de destilaciòn flash FC se despoja al producto de los volàtiles, compuestos fundamentalmente por el alcohol metìlico en exceso. Los vapores de metanol se condensan y se envìan al tanque de almacenamiento, del cual serà nuevamante introducido en el ciclo. El producto de fondo del evaporador flash FC, que contiene el metilester, la glicerina, sales y agua se envìa al decantador contìnuo D, en el cual se separa el metilester del resto de los productos. La fase ligera (biodiesel) se envìa al tanque de almacenaje, mientras la fase pesada (glicerina bruta) que contiene glicerina (aprox 90%) , agua y sales se envìa asimismo al almacenaje.

Catalizadores específicos para producir biodiesel de forma ecológica

La recién constituida empresa de base tecnológica ‘Séneca Green Catalysts‘ se dedicará a la fabricación de catalizadores que permitan producir biodiesel mediante un procedimiento más respetuoso con el Medio Ambiente que el actualmente empleado.
Con este nuevo método no sólo se requeriría un menor gasto de energía, sino que se generarían menos residuos y prácticamente no se necesitaría gastar agua para la eliminación de los mismos.Según recoge el Boletín ‘Energías Renovables’, ‘el considerable gasto de agua es el principal inconveniente que presenta la producción de biodiesel en zonas con déficit hídrico, ya que el método convencional precisa entre cuatro y cinco toneladas de agua para producir una tonelada de biodiesel’. Esta limitación puede ser definitiva en amplias zonas de Andalucía y España, impidiendo la producción a escala industrial de este biocombustible.
El nacimiento de esta nueva ’spin-off’ –un término anglosajón que se refiere a un proyecto nacido como extensión de otro anterior o de una empresa nacida a partir de otra por la separación de una división o departamento– ha sido posible gracias a la iniciativa de los doctores Diego Luna y Julio Berbel, profesores titulares de Química Orgánica y Economía Agraria de la Universidad de Córdoba (UCO), que han trabajado junto al investigador José Miguel Hidalgo, que actualmente se encuentra realizando una estancia de investigación en la Universidad de Praga.
La empresa trabajará con dos patentes propiedad de la UCO que serán cedidas por la Universidad a estos investigadores para que inicien su explotación comercial. Ambas patentes están relacionadas con el empleo de enzimas, concretamente de lipasas, para la obtención de biodiesel.
Precisamente, el nuevo catalizador que se utilizará para la obtención de este biocombustible se basa en el empleo de una enzima específica: la lipasa pancreática del cerdo. Esta enzima, ya inmovilizada y unida a un sólido inorgánico, permite su repetida utilización durante un periodo de funcionamiento óptimo de uno o dos meses sin generar ningún tipo de contaminante.
De esta forma se evita el empleo de sosa y la necesidad de lavar con agua el biodiesel para eliminarla antes de ser empleado más tarde como combustible.

Incineración de Glicerina

El Protocolo de Kyoto sobre emisiones de gases de efecto invernadero, al cual se encuentra adherido España, promueve el desarrollo del uso de biocombustibles dentro de la lucha contra el cambio climático, en detrimento de otros combustibles fósiles, cuyos factores de emisión de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos en general, son sensiblemente mayores.
En este sentido, el biodiesel es un producto obtenido por un proceso de transesterificación (formación de ésteres metílicos) de los ácidos grasos existentes en los aceites vegetales (soja, girasol, colza,...). Sus características son similares a la del gasóleo aunque cabe destacar que el biodiesel posee un punto de inflamación considerablemente superior al del gasóleo, lo que lo hace mucho menos peligroso. El porcentaje de azufre es también un factor a reseñar, ya de evita la emisión de este componente a la atmósfera con su correspondiente mejora medioambiental.
Desde el punto de vista químico el biodiesel es una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos grasos. La materia prima, grasas y aceites, son fundamentalmente triglicéridos de los ácidos grasos. En Europa la materia prima fundamental es la colza, ya que es la oleaginosa existente más económica, pudiendo emplearse otros aceites vegetales como pueden ser: girasol, palma, soja, etc. Otras posibilidades son emplear grasas animales de bajo costo o el aceite usado que fuera empleado para frituras.
La reacción de transesterificación es una reacción característica de los esteres, y consecuentemente de los lípidos, en la cual el aceite o la grasa reacciona con ácidos grasos, alcoholes u otros ésteres con el intercambio de los grupos acilo. Para favorecer la reacción se utiliza un catalizador, principalmente metilato de sodio, sosa o potasa, tal y como puede verse en la siguiente reacción:









La glicerina es un producto de la reacción de transesterificación y por lo tanto no puede evitarse su formación en el proceso de producción de biodiesel. La cantidad de glicerina que se genera es muy importante, representando aproximadamente el 10% del biodiesel producido. En función de los tratamientos a los que es sometida la corriente pesada que se origina en la reacción de transesterificación se obtendrá glicerina cruda, con un porcentaje de glicerol en torno al 80%, o bien glicerina de grado farmacéutico, con un porcentaje de glicerol del 99,7%. Las sustancias que acompañan a la glicerina son, principalmente, agua, sales y MONG (materia orgánica no glicerina, formada por jabones, ácidos grasos libres y otras impurezas).
Debido al incremento exponencial de la producción de biodiesel, la glicerina bruta generada en la reacción de transesterificación de los aceites vegetales está alcanzando grandes cantidades. Independientemente del amplio abanico de aplicaciones del glicerol puro en alimentación, el sector farmacéutico, cosmético y otras muchas industrias, resulta muy costoso refinar la glicerina cruda hasta una elevada pureza, especialmente para los pequeños y medianos productores de biodiesel. Por cada 9 kg de biodiesel producido, se genera 1 kg de glicerina cruda, así se están investigando y analizando diferentes formas de utilizar la glicerina cruda generada por los productores de biodiesel. Debido a esta gran cantidad generada, se esta investigando la conversión de la glicerina cruda en productos específicos que ayudarían a disminuir los costes de producción del biodiesel.
Un área que muestra un apreciable potencial para consumir elevadas cantidades de glicerina es la utilización de la glicerina para la producción energética. La glicerina arde bien, pero tiene que ser quemada a elevadas temperaturas para que no se produzcan humos tóxicos de acroleina, que se forma principalmente entre los 200ºC y los 300ºC.
La utilización directa de la glicerina cruda como un combustible líquido asimilable a los aceites residuales tiene algunos inconvenientes:
Tiene un bajo poder calorífico (entre 2.800 y 3.500 kcal/kg), lo que hace que sea incapaz de mantener la llama en un quemador convencional. Esto se agrava por la presencia de agua en la mezcla.
Su elevada viscosidad hace que sea difícil la pulverización.
La presencia de sales puede causar problemas de corrosión en las boquillas de los quemadores y en la propia instalación de combustión.
Las sales son inhibidores de llama, lo que dificulta la combustión de la glicerina sin utilizar un combustible auxiliar.
BLUER ha desarrollado un sistema de incineración de glicerina consistente en provocar su combustión y mantener los gases generados a una temperatura suficientemente alta en presencia de un exceso de oxigeno para que los compuestos orgánicos sean completamente oxidados. Esta oxidación necesita de un tiempo suficiente para completarse, así que la cámara de reacción se diseña para permitir una estancia suficientemente larga de los gases. Para esta aplicación, se ha trabajado a una temperatura de 1.100 °C y un tiempo de residencia de 2 segundos. En estas condiciones, cumplimos con el Real Decreto 653/2003, de 30 de mayo, sobre incineración de residuos.
El sistema de combustión desarrollado por BLUER consiste en un adecuado sistema de pulverización combinado con un diseño de la cámara de combustión de forma que se consiga una perfecta mezcla de la glicerina con el aire de combustión, indispensable para garantizar una bajas emisiones de monóxido de carbono y de compuestos orgánicos. Con este sistema, somos capaces de mantener la combustión y trabajar a temperaturas de 1.100 ºC utilizando únicamente glicerina como combustible, sin necesidad de utilizar ningún combustible auxiliar.

En la planta piloto de incineración de glicerina que ha desarrollado y construido BLUER, hemos podido determinar parámetros tan importantes como:
Temperatura mínima de trabajo en la cámara de oxidación.
Relación óptima aire/glicerina.
Intervalos posibles en los distintos parámetros de trabajo.
Temperatura máxima alcanzable en la cámara de oxidación.
Los valores de emisiones gaseosas que se han obtenido trabajando a 1.100 ºC en la cámara de combustión han sido:
Monóxido de Carbono (CO): menor de 40 ppm
Óxidos de nitrógeno (NOx): menor de 13 ppm
Dióxido de azufre (SO2): menor de 1 ppm
Compuestos orgánicos volátiles (COV's): No se detectan

En esta planta piloto también se ha podido estudiar la problemática de los productos de la combustión (emisión de sales).

Planta piloto de incineración de glicerina

Fuelpod2: Biodiesel en base a aceite de cocina

Fuelpod2 es un dispositivo para fabricar biodiesel en la comodidad de tu hogar, el aparato funciona con aceite de cocina, el aparato tiene solo 40 cm de ancho y 140 cm de alto por lo que se puede colocar en cualquier parte cómodamente y es capaz de producir hasta 50 litros de biodiesel.Tiene un precio de US$4,200 aproximadamente, y como va el petroleo seguro que pronto este aparatito sera un éxito de ventas.

¿Qué hacer con la glicerina procedente de las plantas de biodiésel?

Los ésteres metílicos de ácidos grasos constituyen un biocarburante líquido de calidad similar a la del gasóleo (biodiésel). Aunque estos ésteres se pueden producir por esterificación de ácidos grasos con metanol, el proceso habitual está basado en la transesterificación de aceites vegetales o grasas animales con metanol. En este proceso se genera una gran cantidad de glicerina como subproducto, del orden de 10 Kg por cada 100 Kg de ésteres metílicos, lo que supone el 10 % del biodiésel producido. Una vez refinada, el principal consumidor de la glicerina es la industria farmacéutica y cosmética.
En la actualidad, la glicerina se produce principalmente como producto secundario de la industria oleoquímica (65 %). De hecho, la glicerina constituye el subproducto más importante de esta industria, (aproximadamente el 10 % de su producción total), lo que aumenta la rentabilidad de los procesos oleoquímicos.
Por otra parte, la producción de biodiésel en la Unión Europea ha aumentado exponencialmente en los últimos años hasta alcanzar un valor de 1.7 millones de toneladas en el año 2004, lo que representa el 90 % de la producción mundial. Aunque esta cifra es todavía poco significativa, el precio de la glicerina ha disminuido considerablemente. Asimismo, el porcentaje de sustitución de los biocarburantes en la Unión Europea debe aumentar del 2 % actual al 5.75 % en el año 2010, según la Directiva 2003/30/CE. En este sentido, se estima que en los próximos años habrá un gran excedente de glicerina a menor precio en Europa, lo que puede reducir la competitividad de la industria oleoquímica europea frente a la asiática.
Ante esta situación y la perspectiva de futuro, existe una necesidad urgente de encontrar nuevas aplicaciones para la glicerina. Aunque la glicerina puede aprovecharse energéticamente como combustible, resulta más ventajoso transformarla en productos de alto valor añadido. Así, a partir de la fermentación, la oxidación catalítica, la esterificación selectiva etc. de la glicerina, se pueden producir derivados de la misma con aplicaciones como detergentes, aditivos alimentarios, productos cosméticos, lubricantes etc. La producción de hidrógeno por reformado de la glicerina en fase acuosa también se está investigando en la actualidad. Sin embargo, una de las alternativas más recientes y más interesantes, consiste en la transformación de la glicerina en productos que puedan sustituir parcialmente al gasóleo de automoción, por lo que pueden considerarse, a su vez, biodiésel y, por lo tanto, su utilización contribuye a alcanzar los objetivos de la Directiva Europea 2003/30/CE. En este contexto, la glicerina puede transformarse en dos tipos de productos diferentes: éteres de glicerina, a partir de su eterificación con olefinas ligeras; o ésteres de glicerina, a partir de su esterificación con ácidos carboxílicos o su transesterificación con ésteres.

Salidas para la “montaña de glicerina” que se avecina con el biodiesel

La glicerina es un subproducto de la producción de biocarburantes una nueva materia prima para la alimentación animal.

Con el creciente interés en el desarrollo de los biocarburantes, la actualidad de estos últimos meses ha comportado una modificación de los perfiles de las fórmulas de los piensos, teniendo consecuencias tecnológicas y económicas. La producción de biocarburantes genera una nueva materia prima disponible en el mercado de la alimentación animal, la Glicerina.

La glicerina es un subproducto de la transesterificación de aceites vegetales, obteniendo Ésteres Metílicos de Aceites Vegetales (EMAV) utilizados como carburante bajo la denominación de biodiésel o Diéster.

MERCADO:

El principal productor de Glicerina son las industrias productoras de biocombustible. Se estima que en Francia la producción de Glicerina durante el año 2007 ha sido de aproximadamente 60000 T.

COMPORTAMIENTO TECNOLÓGICO:

La glicerina es higroscópica, soluble en agua y alcohol. Se mantiene estable al menos durante un año. La glicerina bruta presenta menor viscosidad que el glicerol puro debido a un contenido más elevado en sodio por lo que el riesgo a solidificarse es menor.

CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS:

Aspecto: Líquido viscoso incoloro, parecido a un jarabe

Color: de incoloro a amarillo claro o pardo (coloración gradual a pureza decreciente

Olor: sin olor característico

Sabor: ligeramente azucarado y salado

Tª de fusión: 18ºC

Tª de vaporización: 290ºC

Densidad: 1.23 (Glicerina bruta) a 1.27 g/ml (Glicerol puro)

Viscosidad: 1.49 Pa.s a 20ºC

El glicerol es un componente importante de triglicéridos y de fosfolípidos. Una molécula de triglicérido está constituida de un Glicerol unido a 3 ácidos grasos, mediante puentes de hidrógeno. Las 2 funciones alcohol se combinan con los ácidos para formar ésteres (= triglicéridos).

Características químicas del producto bruto:

• Glicerol = mínimo 80%
• Humedad = máximo 15% (<>Cenizas brutas = máximo 7.5% (principalmente P y Na)
• Metanol = <>M.O.N.G = Materias Orgánicas No Glicerinosas (ácidos grasos libres, ésteres, otros): <2%
• pH = 6.5
  

TASA DE INCORPORACIÓN:

La Glicerina presenta un interés tanto por ser una fuente energética como por su poder edulcorante (equivalente al 60 % de sacarosa). Además por sus propiedades tecnológicas puede ser incorporada sustituyendo o complementando la melaza.

En rumiantes además de una mejora en la apetencia, observada en numerosos ensayos, el glicerol permite aumentar la densidad energética de la ración previniendo así las cetosis. La energía del glicerol favorece la producción de ácido propiónico a nivel rumial pudiéndose así sustituir una parte del almidón de la ración

LEGISLACIÓN:

El glicerol puro se considera aditivo alimentario (E-422), dentro de la categoría de aditivos tecnológicos: emulsionantes, estabilizantes, espesantes y glificantes. Puede utilizarse en todas las especies y categorías animales, sin límite de incorporación.

La glicerina se considera materia prima, por lo que tendrá que seguir la reglamentación correspondiente a materias primas y deberá figurar en la etiqueta de los piensos en el apartado de materias primas para la alimentación animal.

CONCLUSIONES:

La Glicerina presenta un interés zootécnico y económico nada despreciable. El interés económico variará en función de la disponibilidad, dependiendo de la producción de biocarburantes y la utilización de ésta materia prima en la industria en general.

PLANTA DE BIODIESEL