• 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).
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