PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Paula Castro ParejaIng. Ambiental

TemarioEl biodieselEl proceso de producción de biodiesel

Fundamento químico.Receta básica.Parámetros de calidad de los insumos. Pre-tratamiento del aceite.Post-tratamiento del biodiesel.Medidas de seguridad para la operación.

Procesos avanzados de producción de biodieselBiodiesel con etanol.Neutralización del aceite.Proceso base-base.Proceso ácido-base.

Materias primasEl proceso – reactores y plantasLa gestión de la producción y uso

El biodiesel

Definición:Ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales y que se emplea en los motores de ignición de compresión (motores diesel) o en calderas de calefacción.(Definición de American Standards for Testing and Materials)Esta definición incluye, además de los ésteres metílicos o etílicos, otros ésteres de monoalcoholes como los ésteres isopropílicos, butílicos, etc.

Transesterificación

Separación de glicerina

Lavado y filtrado de biodiesel

Abastecimiento del aceite

Pre-tratamiento: purificación y filtrado

Uso: - Briquetas- Desengrasante- Purificación y venta

Uso en motores de combustión interna

Producción de Biodiesel

El proceso de producción de biodiesel

Recuperación del alcohol

Transesterificación

Agitación Calor

Metil- o etilester(BIODIESEL)

Glicerina

Aceite vegetalGrasa animal

Metanol oetanol

Catalizador:NaOH o KOH

TRANSESTERIFICACIÓN

Fundamento químico

1 triglicérido 3 metanol 1 glicerina 3 metiléster

Cat

aliz

ador

Receta básica

Para 1 litro de aceite neutro y seco:200 ml de METANOL3.5 g de NaOH ó 8 g KOH (CATALIZADOR)

Se disuelve el catalizador en el alcoholSe precalienta el aceite a 50 – 60ºCSe mezclan ambos componentesSe agita a esa temperatura durante 1.5 hSe deja decantar

Receta básica

Producción de biodiesel

Materias primas

Aceites vegetales o grasas animales.Alcohol.Catalizador.

Parámetros de calidad del aceite

Aceite:Parámetros que pueden afectar producción o calidad del biodiesel:

Índice de acidezÍndice de yodoÍndice de peróxidoContenido de humedad e impurezas.

Costos vs. rendimientos.

Índice de acidez (IA)Mide el contenido de ácidos grasos libresdel aceite.Se determina mediante titulación o valoración del aceite con KOH o NaOH.Se expresa en mg de KOH por g de aceite.También se puede expresar como % de ácidos grasos libres.

Índice de acidez (IA)

Importancia:Ácido graso libre + NaOH / KOH JabónEsta reacción interfiere con la producción de biodiesel.Aceites con alto IA tienen bajo rendimiento en la producción de biodiesel si se utiliza NaOH ó KOH como catalizador.Ideal: Aceites con IA < 5 mg KOH/g aceite (2.5%).

Índice de yodo (IV)Mide el grado de insaturación del aceite, es decir, el contenido de dobles enlaces en la cadena de carbono.

Índice de yodo (IV)Aceites no secantes: IV < 110.

Grasas animales, aceite de oliva. Aceites semisecantes: IV = 110-135

Aceites comestibles: girasol, soja, etc.Aceites secantes: IV > 135.

Aceite de lino.

El “secado” de los aceites proviene de:Enlaces dobles que se rompen por el oxígeno del aire.Se forman peróxidos.En estos sitios se pueden empezar a unir diferentes cadenas, y el aceite se polimeriza y convierte en un sólido parecido al plástico.

Índice de yodo (IV)

Importancia: A mayor IV, el aceite o grasa se solidifica a menores temperaturas.

El biodiesel de este aceite tendrá un punto de congelamiento menor y se podrá usar en climas fríos.

A mayor IV, el aceite o grasa es menos estable a la oxidación.

El biodiesel, sometido a las altas temperaturas del motor, se degradará más rápidamente, formando depósitos sólidos que pueden afectar el motor.

Índice de peróxidoIndica el grado de oxidación (o rancidez) del aceite.

Depende de las condiciones de almacenamiento del aceite.Los factores que aceleran la oxidación del aceite son:

Alta temperatura.Presencia de luz.Presencia de aire (oxígeno).

El aceite debe ser guardado en recipientes llenos, sin espacios grandes de aire, con poca exposición a la luz y temperaturas normales a bajas.Está relacionado con la acidez del aceite, ya que los ácidos grasos se oxidan más fácilmente. En aceites usados, la oxidación aumenta con la temperatura y tiempo de fritura.

Contenido de humedadEl agua favorece la formación de jabones en presencia del catalizador alcalino.Los jabones son perjudiciales porque contaminan el producto final, y porque forman emulsiones muy estables. Por esto, debe asegurarse la menor cantidad de agua posible durante el proceso, lo cual implica un secado del aceite (si es aceite usado), y el uso de alcoholes de más del 98,5% de pureza. Esto es principalmente lo que torna incompetitivo al uso del alcohol etílico, ya que éste forma con agua una mezcla azeotrópica que impide una destilación de más del 96% de pureza y requiere para su purificación total procesos de desecación química.

Costos vs. Rendimientos

Aceite refinado: muy costoso.Aceite crudo, sin refinar: más económico, pero puede contener impurezas que lo hacen difícil de manejar. Requerirá un refinamiento parcial.Aceite usado previamente: es el más económico, pero puede contener agua, impurezas, y estar muy degradado.

Consideraciones para el alcohol

MetanolDerivado del petróleo principalmente.Reacción más rápida y fácil de desarrollar.Puede utilizarse de 95% de pureza.Es altamente inflamable y muy tóxico.

Debe ser manejado con la protecciónadecuada.

El Ministerio de la Producción lo estáempezando a controlar.

EtanolPuede ser de origen renovable.Reacción más lenta y difícil.Requiere un alto grado de pureza (99.5%).No presenta problemas de toxicidad.

Consideraciones para el catalizador

Básico: Permite transesterificación en medio alcalino, rápida y eficiente con aceites refinados.Si hay presencia de agua o de ácidos grasos libres, genera jabones.Hidróxido de sodio (NaOH) o soda cáusticaHidróxido de potasio (KOH) o potasa cáusticaSe debe almacenar fuera del contacto con aire o humedad. Es corrosivo.

Pre-tratamiento del aceite

Post-tratamiento del biodiesel

Consideraciones de seguridad

Reactores

A escala pequeña:Reactor experimental

Reactores

A escala pequeña:Reactor artesanal

Reactores

A escala pequeña:Sistema de lavado

La gestión de la producción y uso

La producción de biodiesel no consiste solo en la transesterificación.Pasos previos:

Abastecimiento de insumos.Purificación o acondicionamiento de insumos.

Pasos posteriores:Purificación y control de calidad del biodiesel.Tratamiento y comercialización de la glicerina y subproductos asociados.Tratamiento de aguas.Abastecimiento del biodiesel – mezclado para producir B20.

Aceite y biodiesel de aguaje Aceite y biodiesel de palma

Para finalizar…

El biodiesel es una alternativa real para el uso de combustibles fósiles en transporte y generación de energía.Su producción está muy desarrollada en varios países de Europa, Asia y en los Estados Unidos.Brasil y Argentina lideran la producción de biodiesel en Latinoamérica.En Perú recién se han iniciado las investigaciones en este campo, evaluando diferentes recursos disponibles como materias primas.

Para finalizar…Para el caso de la Selva peruana, el tema de acceso a fuentes sostenibles de energía es un aspecto que podría potenciar la producción local de biodiesel.

Es posible producir biodiesel con una tecnología sencilla y a pequeña escala, lo cual facilitaría la difusión de este combustible en zonas rurales.Se requieren estudios de prefactibilidad para los diferentes insumos y condiciones sociales y ambientales existentes en esa zona.

En la zonas urbanas, el biodiesel podría utilizarse como aditivo al combustible diesel.

Contribuiría a reducir las emisiones de gases y partículas contaminantes del parque automotor tipo diesel.Sería una alternativa productiva para la disposición final de los aceites comestibles usados.

Para finalizar…

En el aspecto técnico hace falta mayores investigaciones acerca de:

Uso de etanol en lugar de metanol mediante un proceso simple de secado.Posibles usos para la glicerina (en condiciones de selva y urbanas).Uso de los residuos encontrados en el aceite usado, o de las tortas luego de la extracción del aceite. Evaluación económico-financiera del proceso bajo las diferentes condiciones de producción.