I SEMINARIO-TALLER BIOCOMBUSTIBLES BIODIESEL – BIOETANOL 2007

BOGOTÁ - COLOMBIA

BIODIESEL

Documento preparado como apoyo al Taller Tecnologías de Producción de Biodiesel. Este documento no es un trabajo de investigación, sino una recopilación bibliográfica

FUNDAMENTOS El biodiesel es un combustible producido a partir de materias primas renovables, (aceites vegetales y /o grasas animales) que puede ser usado puro B100, o mezclado con diesel de petróleo en diferentes proporciones, el más común el B20, tiene 20% de biodiesel y 80% de diesel. [3] El Biodiesel es obtenido mediante un proceso llamado transesterificación que consiste en una reacción entre una grasa o aceite con un alcohol de cadena corta generalmente metanol o etanol dando como productos los metilésteres (biodiesel) y la glicerina. La utilización de los aceites vegetales como combustible no es una novedad, Rudolph Diesel (inventor del motor diesel) ya utilizaba aceite de maní en sus motores en los años 1930. Sin embargo la viscosidad causante del mal comportamiento de los aceites vegetales especialmente en los motores diesel de inyección directa fue limitante en su utilización, no obstante de probar métodos físicos como la dilución o microemulsión para su adaptación como combustible. [3] También el bajo precio que por entonces tenía el petróleo hizo que enseguida ocupase el lugar de aquel. Más de un siglo después, estos motores admiten el uso de biodiesel, que no es sino aceite vegetal modificado, con unas propiedades muy parecidas a las del diesel convencional. Es posible su utilización directa en motores diesel tanto de inyección directa como indirecta sin modificación. De hecho, este producto se utiliza actualmente en más de 25 países de todo el mundo. [8] El biodiesel es el biocarburante de mayor implantación en el viejo continente, con un porcentaje cercano al 80% del total de la producción, según EurObserv'ER. De hecho, la UE es la principal región productora de este producto, que cuenta ya con 11 países. 2004 se cerró con un crecimiento en el volumen de fabricación de biodiesel, que se situó muy cerca de los 2 millones de toneladas, frente al millón y medio de 2003. Los principales productores fueron, por este orden: Alemania, con 1.035.000 toneladas; Francia, con 348.000 toneladas e Italia con 320.000 toneladas. [8] El uso del biodiesel como combustible y aditivo ha sido aprobado en Estados Unidos por la Agencia de Protección del Medio Ambiente (EPA) habiendo sido catalogado como un combustible limpio, siempre y cuando sus características físico-químicas se encuentren dentro las especificaciones de las normas ASTM D6751 [3] Asimismo, la utilización de este biocombustible presenta ventajas medioambientales, como es el hecho de que emiten entre un 40% y un 80% menos de dióxido de carbono que los convencionales y no emiten dióxido de azufre (una sustancia que facilita la lluvia ácida) ni partículas y se disminuye la concentración de partículas en suspensión emitidas, de metales pesados, de monóxido de carbono, de hidrocarburos aromáticos policíclicos y de compuestos orgánicos volátiles [1] Por otra parte, la incorporación de los biocombustibles también puede derivar ventajas socioeconómicas. Desde este punto de vista, los biocombustibles, constituyen una alternativa para tierras agrícolas ociosas, y un potencial para la reforestación. De esta forma, se fijaría la población en el ámbito rural, manteniendo los niveles de trabajo y renta, y fomentando la creación de diferentes industrias agrarias. A diferencia de otros combustibles, los biocombustibles presentan la particularidad de utilizar productos vegetales como materia prima. Esto es la causa de que sea preciso tener en cuenta las características de los mercados agrícolas, junto a la complejidad que ya de por sí presentan los mercados energéticos. En este sentido, hay que destacar que el desarrollo de la industria de los biocombustibles no depende principalmente de la disponibilidad local de materia prima, sino de la existencia de una demanda suficiente. Al asegurar la existencia de una demanda de biocombustibles, el desarrollo de su mercado

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puede aprovecharse para potenciar otras políticas como la agrícola, favoreciendo la creación de empleo en el sector primario, la fijación de población en el ámbito rural, el desarrollo industrial y de actividades agrícolas, y reduciendo a la vez los efectos de la desertización gracias a la plantación de cultivos energéticos. [1]

DEFINICIÓN Y ESPECIFICACIONES DEL BIODIESEL La definición de biodiesel propuesta por las especificaciones ASTM (American Society for Testing and Material Standard, asociación internacional de normativa de calidad) lo describe como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales o grasas de animales, y que se emplean en motores de ignición de compresión. Sin embargo, los ésteres más utilizados, son los de metanol y etanol (obtenidos a partir de la transesterificación de cualquier tipo de aceites vegetales o grasas animales o de la esterificación de los ácidos grasos) debido a su bajo coste y sus ventajas químicas y físicas. [1] El biodiesel es producido a partir de los aceites vegetales y grasas animales, siendo la colza, el girasol, la palma y la soja las materias primas más utilizadas para este fin. Las propiedades del biodiesel son prácticamente las mismas que las del diesel en cuanto a densidad y número de cetano. Además, presenta un punto de inflamación superior. Por todo ello, el biodiesel puede mezclarse con el diesel para su uso en motores e incluso sustituirlo totalmente con pocas adaptaciones. [1] En cuanto a la utilización del biodiesel como combustible de automoción, ha de señalarse que las características de los ésteres son más parecidas a las del diesel que las del aceite vegetal sin modificar. La viscosidad del éster es dos veces superior a la del diesel frente a diez veces ó más de la del aceite crudo; además el índice de cetano de los ésteres es superior, siendo los valores adecuados para su uso como combustible. ASTM ha especificado distintas pruebas que se deben realizar a los combustibles para asegurar su correcto funcionamiento [1] El biodiesel no contiene azufre en proporciones significativas, el contenido de aromáticos es casi nulo y su toxicidad es muy baja. La biodegradabilidad de los ésteres etílicos y metílicos es muy superior a la presentada por los derivados del petróleo, encontrándose para las mismas condiciones, índices de biodegradabilidad del 90 - 99 % para los primeros frente a 25 – 40 % para los segundos; este aspecto es de gran relevancia si se tienen en cuenta los graves desastres ocasionados por derrames de petróleo al entorno. [9] CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL [10] Las propiedades del biodiesel comerciales dependen tanto del proceso de fabricación como de la naturaleza de los lípidos a partir de los cuales se ha producido. La Tabla 1 presenta algunas de las especificaciones para el uso de biodiesel. El biodiesel en función de la naturaleza de la fuente, animal o vegetal, proporcionará unas características particulares al nuevo combustible: - Punto de Inflamación. Este parámetro generalmente se determina para satisfacer temas legales de

seguridad. También es útil para conocer si existe una cantidad excesiva de alcohol no reaccionado en el proceso de obtención en el caso del biosiesel.

- Viscosidad. Debe poseer una viscosidad mínima para evitar pérdidas de potencia debidas a las fugas

en la bomba de inyección y en el inyector. Además, le da características de lubricidad al sistema de combustible. Por la otra parte también se limita la viscosidad máxima por consideraciones de diseño y tamaño de los motores, y en las características del sistema de inyección.

- Densidad. Da idea del contenido en energía del combustible. Mayores densidades indican mayor

energía térmica y una economía de combustible mejor. - Cenizas Sulfatadas. Los materiales que forman cenizas en un Biodiesel se pueden presentar de tres

formas: • Sólidos abrasivos, • Jabones metálicos solubles, • Catalizadores no eliminados en el proceso.

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En el caso del diesel, normalmente solo aparecen los primeros o gomas solubles.Tanto los sólidos abrasivos como los catalizadores no eliminados favorecen al desgaste del inyector, bomba de inyección, pistón y anillos, además de contribuir a la formación de depósitos en el motor.

Tabla 1: Especificaciones para el uso de biodiesel. [10]

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- Azufre. Contribuye al desgaste del motor y a la aparición de depósitos que varían considerablemente en importancia dependiendo en gran medida de las condiciones de funcionamiento del motor. También pueden afectar al funcionamiento del sistema de control de emisiones y a límites medioambientales.

- Corrosión a la Lámina de Cobre. Mediante la comprobación del desgaste de una lámina de cobre se

puede observar si existen en el sistema compuestos corrosivos y/o presencia de ácidos que puedan atacar al cobre o a aleaciones de cobre como el bronce que forman parte del sistema de combustible.

- Número de Cetano. Es una medida de la calidad de ignición de un combustible e influye en las

emisiones de humo y en la calidad de la combustión. El número de cetano depende del diseño y tamaño del motor, de las variaciones de la carga y velocidad y condiciones de arranque y atmosféricas. Un bajo NC conlleva a ruidos en el motor, prolongando el retraso de la ignición y aumentando el peso molecular de las emisiones.

- Índice de Yodo. Indica la tendencia a la oxidación de un biodiesel porque da idea del grado de instauraciones que poseen sus ésteres.

- Punto de Nube. Indica la temperatura a la cual empiezan a precipitar ciertos compuestos del

combustible (como parafinas). Es una medida muy importante a tener en cuenta cuando se usa el motor en climas fríos. El valor debe ser definido por el usuario, ya que depende del clima en el cual el motor se utilice.

- Agua y Sedimentos. El Agua se puede formar por condensación en el tanque de almacenamiento. La

presencia de agua y sólidos de desgaste normalmente pueden colmatar filtros y darle el combustible unas propiedades de lubricidad menores. El biodiesel puede absorber hasta 40 veces más agua que el diesel.

El agua puede provocar dos problemas en el motor.

• Corrosión en los componentes del motor, generalmente herrumbre. El agua se acidifica y acaba atacando a los tanques de almacenamiento.

• Contribuye al crecimiento de microorganismos. Forman lodos y limos que pueden colmatar los filtros. Además, algunos de estos microorganismos pueden convertir el azufre que posea el combustible en ácido sulfúrico, que corroe la superficie metálica del tanque.

El agua se puede presentar en el tanque de dos formas:

• Disuelta en el combustible. La cantidad de agua depende de la solubilidad de esta en el biodiesel.

• Separada de la fase de combustible en forma libre. La cantidad de esta depende de cómo se manipule y transporte el combustible.

Los Sedimentos pueden ser debidos principalmente a un mal proceso de purificación del combustible o contaminación. Afectan principalmente a la temperatura de cristalización y al Número de Cetano.

- Residuo Carbonoso. Da una idea de la tendencia del combustible a formar depósitos carbonosos. Se aproxima a la tendencia del motor a formar depósitos. Normalmente para el Diesel se suele utilizar el 10% que queda en la destilación, pero debido a que el Biodiesel tiene un perfil muy diferente de destilación (en un pequeño rango de temperaturas se destila todo la muestra ya que posee una distribución de moléculas diferentes muy pequeña), se debe utilizar el 100% de la muestra.

También se puede obtener información, a parte de la contaminación (glicerina libre y total), de la calidad de la purificación del biodiesel cuando se fabrica.

- Destilación. Indica la temperatura máxima a la que se debe evaporar el combustible a unas

condiciones de presión y temperaturas dadas.

• El biodiesel a la temperatura de 360ºC tiene que estar el 90% destilado, según la norma ASTM D1160.

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• El diesel a la temperatura de 360ºC tiene que estar el 95% destilado, según la norma ASTM D86.

- Número Ácido, TAN. Determina el nivel de ácidos grasos, ó generados por degradación, que se

presentan en el combustible. Si posee un alto grado de acidez se formaran una cantidad importante de depósitos y también se producirá mayor corrosión en el sistema.

- Contenido en metales (Na, K, P,...) y Ácidos grasos libres. Contribuyen al aumento del residuo

carbonoso de manera notable y también a las cenizas, generando residuos inorgánicos parcialmente quemados. Además, también se pueden formar jabones que colmatan los filtros del combustible.

- Lubricidad. Es la cualidad de un líquido para proporcionar una lubricación adecuada para prevenir el

desgaste entre dos superficies en movimiento. Los combustibles con un contenido bajo en azufre o baja viscosidad tienden a tener una lubricidad menor.

- Glicerina Libre. Determina el nivel de glicerina no enlazada presente en el Biodiesel. Su presencia

normalmente se debe a una mala purificación del biodiesel. Niveles altos pueden causar problemas de depósitos en el inyector, así como colmatación de filtros. Pueden dañar los sistemas de inyección debido a los compuestos inorgánicos y jabones que se acumulan en la glicerina. Si la cantidad de glicerina es superior al 0.5% esta puede afectar al contenido del residuo carbonoso.

- Glicerina Total. Determina el nivel de glicerina enlazada y no enlazada presente en el combustible.

Niveles bajos significan que se he producido un alto grado de conversión en el aceite o grasa, y se han formado gran cantidad de monoésteres. Niveles altos de mono, di y triglicéridos pueden provocar la colmatación de los filtros, depósitos carbonosos en los inyectores y pueden afectar adversamente a las propiedades a bajas temperaturas. Esto es debido a que al poseer temperaturas de ebullición superiores provocan que la combustión sea bastante peor. Además, aumentan la viscosidad del biodiesel.

- Contenido en alcohol. Puede provocar problemas de lubricidad y en el Número de Cetano. Desde el

punto de vista de la seguridad el Punto de Inflamación disminuye. Por otro lado, junto a la presencia de alcohol puede venir asociada glicerina disuelta en este con los consiguientes problemas antes comentados.

- Estabilidad a la Oxidación. Se determina la vida de almacenamiento y la degradación potencial de un

combustible durante su almacenamiento.

La oxidación de un combustible suele venir acompañada de la formación de gomas solubles e insolubles que pueden actuar de la siguiente manera:

• Gomas insolubles. Problemas de colmatación de filtros. • Gomas solubles. Formación de depósitos en la punta del inyector y fallos en las boquillas

de los inyectores.

Además, dicha estabilidad a la oxidación se puede ver alterada por los diversos contaminantes que pueden estar presentes en el biodiesel.

Hay que tener en cuenta que el biodiesel se puede usar puro o mezclado con el diesel. Esto hará que las propiedades que sean diferentes entre ellos se irán igualando o diferenciando en función del porcentaje utilizado. Cuando se usa puro se denomina B100 y cuando participa en una mezcla, por ejemplo, 20/80 con diesel se denomina B20. Pero esto no significa que no se pueda usar en otras proporciones.

MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Las principales materias primas para la elaboración de biodiesel son las oleaginosas y sus aceites derivados. El reto para cualquier país o región consiste en la implementación de procesos basados en materias primas autóctonas, los cuales se deben optimizar para obtener un biodiesel con un costo de producción bajo que lo haga competitivo, pero que cumpla con las especificaciones internacionales de calidad para su uso como combustible en motores diesel. La tabla 2 presenta las propiedades del biodiesel de aceite de plama. [5]

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ANÁLIS La produLa soja fdel totalmilloneslas Gráfporcenta

Tabla 2. Características típicas de ésteres metílicos de aceite de palma crudo Fuente: KIEN, Cheah. Et al. Production Technology of Palm Diesel. Palm Oil Research Institute of Malaysia. Malaysia, 1997. [9]

IS DEL MERCADO MUNDIAL DE OLEAGINOSAS

cción mundial de oleaginosas totalizó las 555 millones de toneladas en la campaña 2005/2006. ue la de mayor producción, alcanzando las 223,5 millones de toneladas y representando el 41% de la producción. Le siguieron en importancia el fruto de palma, con una producción de 157 y con una participación del 28%, la colza con 46.7 millones de toneladas y 8% del total. [7]. En icas 1 y 2 se presenta la producción mundial de oleaginosas en millones de toneladas y en jes respectivamente.

Gráfica 1. Producción mundial de oleaginosas 2005/2006 millones de toneladas Fuente: Oil World annual 2006 y FAPRI 2006. [7]

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Gráfica 2. Producción mundial de oleaginosas 2005/2006- en % -Fuente: Oil World annual 2006 y FAPRI 2006. [7]

LAS MATERIAS PRIMAS MÁS COMUNES Se puede decir que la producción de biodiesel tiende a provenir mayoritariamente de los aceites extraídos de plantas oleaginosas, pero cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiesel (girasol, colza, soja, palma, higuerilla, aceites de fritura usado, sebo de vaca,...). A continuación se detallan las principales materias primas para la elaboración de biodiesel [1] Aceites vegetales convencionales Las materias primas utilizadas convencionalmente en la producción de biodiesel han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol y la colza (Europa), la soja (Estados Unidos) y el coco (Filipinas); y los aceites de frutos oleaginosos como la palma (Malasia e Indonesia).

- Aceite de girasol - Aceite de colza - Aceite de soja - Aceite de coco - Aceite de palma

Aceites vegetales alternativos Además de los aceites vegetales convencionales, existen otras especies más adaptadas a las condiciones del país donde se desarrollan y mejor posicionadas en el ámbito de los cultivos energéticos.

- Aceite de Brassica carinata - Aceite de Cynara curdunculus - Aceite de Camelina sativa - Aceite de Crambe abyssinica - Aceite de Pogianus - Aceite de Jatropha curcas

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Aceites de semillas modificadas genéticamente Los aceites y las grasas se diferencian principalmente en su contenido en ácidos grasos. Los aceites con proporciones altas de ácidos grasos insaturados, como el aceite de girasol o de Camelina sativa, mejoran la operatividad del biodiesel a bajas temperaturas, pero diminuyen su estabilidad a la oxidación, que se traduce en un índice de yodo elevado. Por este motivo, se pueden tener en consideración, como materias primas para producir biodiesel, los aceites con elevado contenido en insaturaciones, que han sido modificados genéticamente para reducir esta proporción, como el aceite de girasol de alto oleico [Vicente 1998, 2001].

- Aceite de girasol de alto oleico Grasas animales Además de los aceites vegetales y los aceites de fritura usados, las grasas animales, y más concretamente el sebo de vaca, pueden utilizarse como materia prima de la transesterificación para obtener biodiesel. El sebo tiene diferentes grados de calidad respecto a su utilización en la alimentación, empleándose los de peor calidad en la formulación de los alimentos de animales.

- Sebo de vaca - Sebo de búfalo

Aceites de fritura usados El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores perspectivas en la producción de biodiesel, ya que es la materia prima más barata, y con su utilización se evitan los costes de tratamiento como residuo. Por su parte, los aceites usados presentan un bajo nivel de reutilización, por lo que no sufren grandes alteraciones y muestran una buena aptitud para su aprovechamiento como biocombustible. La utilización de aceites usados presenta dificultades logísticas, no sólo por su recogida, como se ha dicho, sino también por su control y trazabilidad debido a su carácter de residuo. Aceites de otras fuentes Por otra parte, es interesante señalar la producción de lípidos de composiciones similares a los aceites vegetales, mediante procesos microbianos, a partir de algas, bacterias y hongos, así como a partir de microalgas.

- Aceites de producciones microbianas - Aceites de microalgas

ANÁLISIS DEL MERCADO MUNDIAL DE ACEITES La producción mundial de aceites vegetales totalizó las 118 millones de toneladas en la campaña 2005/2006. Los principales aceites vegetales que se producen en el mundo son el de palma, soja, colza y girasol. Estos aceites sumaron en dicha campaña un total de 95,0 millones de toneladas, representando el 81% de la producción mundial de aceites vegetales. [7] Para Colombia, la materia prima con mayor potencial con miras a implementar un programa de biodiesel, lo constituye el aceite de palma. El país tiene un enorme potencial de siembra de Palma Africana y en la actualidad de este cultivo se obtiene aproximadamente el 87% de la producción nacional de aceites y grasas. La tabla 3 presenta las propiedades del aceite de palma. [5]

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Tabla 3. Propiedades del Aceite Crudo de Palma. [5] La palma de aceite es el cultivo oleaginoso de mayor producción de aceite por unidad de superficie; con un contenido del 50% en el fruto, puede rendir de 3.000 a 5.000 kg de aceite de pulpa por hectárea, más 600 a 1.000 kg de aceite de palmiste. El aceite extraído de palma por sus características y composición, es una materia prima con diversidad de aplicaciones. El aceite de palma y el de palmiste (almendra), se emplean para producir margarina, manteca, aceite de mesa y de cocina y jabones. Además, se usa en la laminación de acero inoxidable, concentrados minerales, aditivos para lubricantes, crema para zapatos, tinta de imprenta, velas, etc.; se usa también en la industria textil y del cuero, en la trefilación de metales y en la producción de ácidos grasos y vitamina A [9]. Los biocombustibles presentan la particularidad de utilizar productos vegetales como materia prima y, por tanto hay que tener en cuenta las características de los mercados agrícolas, junto a la complejidad que ya de por sí presentan los mercados energéticos. Hay que destacar que el desarrollo de la industria de los biocombustibles no depende principalmente de la disponibilidad local de materia prima, sino de la existencia de una demanda suficiente, que puede servir para potenciar otras políticas como la agrícola.

REACCIONES EN LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Una vez obtenida la materia prima, el proceso de fabricación de este producto resulta bastante sencillo desde el punto de vista técnico. El aceite se somete a un proceso denominado “transesterificación”, en el que se hidrolizan los enlaces éster de los triglicéridos, obteniendo nuevos ésteres con los ácidos grasos liberados en la hidrólisis y un alcohol sencillo que se utiliza como reactivo. El proceso se realiza en presencia de un catalizador, normalmente sosa o potasa, y a una temperatura moderada de unos 60 °C. En realidad, se trata de algo muy parecido a la elaboración del jabón casero con el que tanto aceite se reciclaba antaño. De hecho, durante la elaboración del biodiesel se obtiene el principal compuesto de estos jabones: la glicerina, que es un subproducto de gran valor añadido y con múltiples salidas comerciales en los sectores químico, agrario y alimentario. El rendimiento de este proceso productivo es alto: a partir de una tonelada de aceite, 156 kg de metanol y 9,2 kg de potasa se pueden obtener 956 kg de biodiesel y 178 kg de glicerina sin refinar, además de recuperar 23 kg de metanol. [8] Las principales variables que influyen en el rendimiento, conversión y cinética de la reacción de transesterificación son la calidad de la materia prima, el tipo y cantidad de catalizador, el tipo de alcohol, la relación molar alcohol/aceite y las condiciones de reacción como temperatura, presión y agitación [5] REACCIONES DE TRASESTERIFICACIÓN DE TRIGLICÉRIDOS

Aunque la esterificación es un proceso posible, sin embargo el método utilizado comercialmente para la obtención de biodiesel es la transesterificación (también llamada alcohólisis). Se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos (el número de átomos de las cadenas está comprendido entre 15 y 23, siendo el más habitual de 18 con alcoholes de bajo peso molecular (entre éstos, el más utilizado es el metanol

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debido a su bajo costo, seguido por el etanol [2]) para producir ésteres y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética, alimentación, farmacia, etc.). La reacción de transesterificación, que se presenta en la figura 1, se desarrolla en una proporción molar de alcohol a triglicérido de 3 a 1, reaccionando en la metanólisis 1 mol de triglicérdo con 3 moles de alcohol (aunque se añade una cantidad adicional de alcohol para desplazar la reacción hacia la formación del éster metílico). El triglicérido es el principal componente del aceite vegetal o la grasa animal. Además, la formación de la base de la glicerina, inmiscible con los ésteres metílicos, juega un papel importante en el desplazamiento de la reacción hacia la derecha, alcanzándose conversiones cercanas al 100%. La figura 1 muestra la reacción que transforma las moléculas de triglicéridos, grandes y ramificadas, en moléculas de ésteres alquílicos, lineales, no ramificadas, de menor tamaño y muy similares a las del diesel [2]

Figura 1. Reacción de transesterificación de un triglicérido para producir biodiesel. [2] En la figura, R1, R2 y R3 son cadenas generalmente largas de ácidos grasos. Los ácidos grasos que se presentan con mayor frecuencia en las grasas y aceites, son: [3] Ácido palmítico CH3 – (CH2)14 – COOH (16 carbones, saturado) Ácido esteárico CH3 – (CH2) 16 – COOH (18 carbones, saturado) Ácido oleico CH3 – (CH2)7 – CH = CH – (CH2)7 – COOH (18 carbones 1 doble ligadura, insaturado) Ácido Linoléico CH3–(CH2)4–CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH ( 18 carbones más doble ligadura) Ácido linolenico 18 carbones, 3 dobles ligaduras En la figura 2 se presentan las diferentes reacciones que tienen lugar en la transesterificación, la cual consiste químicamente en tres reacciones reversibles y consecutivas. El triglicérido es convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerina. En cada reacción un mol de éster metílico es liberado.

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Figura 2 . Reacciones implicadas en la transesterificación. [1] En la reacción de transesterificación se utiliza un catalizador para mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento final. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos (H2SO4, HCl, H3PO4, RSO 3), ácidos heterogéneos (Zeolitas, Resinas Sulfónicas, SO4/ZrO2, WO3/ZrO2), básicos heterogéneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3), básicos homogéneos (KOH, NaOH) o enzimáticos (Lipasas: Candida, Penicillium, Pseudomonas); de todos ellos, los catalizadores que se suelen utilizar a escala comercial son los catalizadores homogéneos básicos ya que actúan mucho más rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. En el caso de la reacción de transesterificación, cuando se utiliza un catalizador ácido se requieren condiciones de temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos, por ello es frecuente la utilización de derivados de ácidos más activos. Sin embargo, la utilización de álcalis, que como se ha comentado es la opción más utilizada a escala industrial, implica que los glicéridos y el alcohol deben ser anhidros (<0,06 % v/v) para evitar que se produzca la saponificación. Además, los triglicéridos deben tener una baja proporción de ácidos grasos libres para evitar que se neutralicen con el catalizador y se formen también jabones. De esta manera las reacciones secundarias que se pueden dar son las siguientes: · Reacción de saponificación · Reacción de neutralización de Ácidos grasos libres El triglicérido reacciona con el catalizador básico, consumiendo éste, en presencia de agua dando lugar a la formación de jabones (reacción de saponificación), tal y como se puede ver en la figura 3.

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Figura 3. Reacción de saponificación [1] Por este motivo, se debe eliminar el agua, mediante evaporación, en los aceites con altos contenidos en humedad antes de llevar a cabo la transesterificación. Por otra parte, hay dos maneras de eliminar los ácidos grasos libres presentes en el aceite. Así, se puede proceder a su neutralización, ya que los ácidos grasos presentes en el aceite vegetal pueden reaccionar con el catalizador básico (fundamentalmente NaOH) en presencia de agua, ocurriendo asimismo una reacción indeseable, produciendo como en el caso anterior jabón. Otra manera de eliminar los ácidos grasos libres es mediante una reacción de esterificación con un catalizador ácido con lo que se formaría el éster metílico. REACCIONES DE ESTERIFICACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS El proceso que se utiliza para la producción de biodiesel es la transesterificación, sin embargo la esterificación se viene aplicando combinándolo con la transesterificación de cara a aprovechar el subproducto de ácidos grasos y producir asimismo biodiesel. Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado numerosos procesos para obtenerlos. El más común es el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento y desplazar el equilibrio hacia la derecha (esterificación de Fischer). El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado. En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes. El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter, y el ácido orgánico puede sufrir decarboxilación.

Figura 4. Reacción de Estereificación. [1] Los catalizadores que se utilizan en este tipo de reacción, al contrario que en el proceso de transesterificación que habitualmente son hidróxidos, son ácidos o enzimáticos. En el caso de la esterificación, al contrario que en la reacción de transesterificación, al utilizar catalizadores ácidos no es necesario recurrir a trabajar con temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos CATALIZADORES Es necesario contar con catalizadores para que ocurra la reacción y sea posible desde un punto de vista cinético. Estos catalizadores, en el caso de la transterificación, pueden ser ácidos homogéneos, ácidos héterogéneos, básicos homogéneos o enzimáticos, siendo los catalizadores básicos los que se utilizan a nivel industrial en la transesterificación ya que actúan mucho más rápido y además permiten operar en

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condiciones moderadas. El único problema de estos catalizadores es que deben ser anhidros para evitar que se produzcan reacciones secundarias, como la de saponificación, que reducirían el rendimiento del proceso. Por otra parte, los triglicéridos deben tener una baja proporción de ácidos grasos libres para evitar que se neutralice con el catalizador y se formen también jabones. Se ha observado que la reacción es más rápida cuando se cataliza con un alquilo [12]. En el primer paso de la reacción, un ion óxido alquilo ataca al grupo carbonilo de la molécula del triglicérido. La reacción de este producto intermedio con un alcohol produce un ion del grupo alcóxido en el segundo paso. En la última etapa la redisposición del compuesto tetraedro intermedio da lugar a un éster y a diglicerina. Asimismo, se pueden utilizar catalizadores ácidos de Bronsted, preferiblemente sulfúricos y sulfónicos. Estos catalizadores producen rendimientos muy altos en ésteres alquilicos pero las reacciones son lentas, necesitando temperaturas superiores a los 100 ºC y más de 3 horas para completar la conversión. La acidificación del grupo carbonil del éster conduce a la carbonatación, y posteriormente, el ataque nucleófilo del alcohol produce el compuesto tetraédrico intermedio. Esto elimina el glicerol para formar un nuevo éster y regenerar el catalizador. En la figura 5 se resumen las ventajas y desventajas de utilización de los distintos catalizadores para el proceso de transesterificación:

Figura 5. Ventajas e inconvenientes de los catalizadores utilizados en la transesterificación. [1]

VARIABLES QUE AFECTAN A LA REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACIÓN 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, del inglés Free Fatty Acid (FFA), menor al 3%. Cuanto más alta es la acidez del aceite, menor es la conversión. Además, tanto el exceso como la deficiencia de catalizador pueden

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producir la formación de jabón, sumado a la presencia de humedad que 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 biodiesel, es necesario refinarlos con una neutralización, utilizando una solución de NaOH para eliminar los ácidos grasos libres. Igualmente, el proceso de catálisis ácida también se puede usar para la esterificación de estos ácidos grasos [13]. 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. Actualmente, la mayor parte del biodiesel producido, procede de aceites vegetales al que se le añade metanol y un catalizador alcalino. Sin embargo hay muchos aceites de bajo costo y grasas animales que pueden ser utilizados. Su problema radica en que suelen contener gran cantidad de ácidos grasos que no se pueden convertir en biodiesel usando catalizadores alcalinos. En estos casos es necesario hacer la esterificación en dos etapas: inicialmente debe realizarse un pretratamiento para convertir los FFA en esteres metílicos con un catalizador ácido, y en un segundo paso se realiza la transesterificación con un catalizador alcalino, para completar la reacción. Tipo de catalizador y concentración Si el aceite usado tiene un alto grado de ácidos grasos y elevada humedad los catalizadores ácidos son los más adecuados. Estos ácidos pueden ser sulfúrico, fosfórico o ácido sulfónico orgánico. En los procesos de metanólisis alcalina los principales catalizadores usados han sido el hidróxido potásico y el hidróxido sódico Se han probado catalizadores de metales alcalino-térreos. El proceso se lleva a cabo si aparecen iones de metóxido en la reacción intermedia. Los hidróxidos alcalino-térreos, alcóxidos y óxidos catalizan la reacción más lentamente [14]. Aunque el proceso de transesterificación, con catalizadores alcalinos, para transformar los triglicéridos en sus correspondientes esteres metílicos tiene una conversión muy alta en un periodo más corto de tiempo, tiene algunos inconvenientes: el catalizador debe ser separado del producto final, la recuperación del glicerol puede resultar difícil, el agua alcalina resultante del proceso debe ser tratada y los ácidos grasos y el agua afectan a la reacción. Los catalizadores enzimáticos pueden obtener resultados relevantes en sistemas tanto acuosos como no acuosos, lo que resuelve alguno de los problemas anteriores [15]. En particular el glicerol se puede separar fácilmente y, también, los ácidos grasos contenidos en el aceite reutilizado se pueden convertir completamente en esteres alquílicos. En cambio el uso de estos catalizadores enzimáticos tiene un coste superior que el de los alcalinos. Relación molar de alcohol / aceite y tipo de alcohol 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

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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 REACCIONES COMPETITIVAS Son indeseables, una de las reacciones que compite con la reacción de transesterificación, se produce cuando la materia prima tiene un alto contenido de ácidos grasos, los cuales reaccionan más rápidamente que lo que los triglicéridos pueden hacerlo con el hidróxido de sodio, formando jabones.

También, se forman jabones cuando la materia prima tiene agua La excesiva formación de jabón inhibe la reacción de transesterificación, incluyendo la separación del glicerol y el lavado del biodiesel donde se produce una emulsión BALANCE DE MASA Para realizar un balance de masa y estimar las cantidades necesarias de materias primas que se requieren para obtener biodiesel, se puede realizar un análisis considerando que los triglicéridos (aceite o grasa), son trioleina pura, en este caso se tiene:

La reacción es reversible y para asegurar un máximo rendimiento será necesario adicionar un 100% de metanol o en su defecto remover uno de los productos, en este caso es mas efectivo retirar la glicerina que se va al fondo a medida que va transcurriendo la reacción.

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El balance de masa sobre la base de 100 Kg. de aceite, con 100% de exceso de metanol es el siguiente:

Estas cantidades en función de los volúmenes, se obtienen usando sus correspondientes densidades:

La tabla 4 presenta las densidades de los reactantes del biodiesel en (g/ml).

Tabla 4. . Densidades de los reactantes del biodiesel (g / ml). Fuente: Handbook of Chemistry and physics, 51 st Edition. [1]

PROCESOS EN LA PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE BIODIESEL

Con respecto al estado actual de la tecnología para la producción de biodiesel, se puede decir que se trata de una tecnología probada, relativamente madura, en período de diseminación, capaz de aprovechar diversas materias primas y que ha alcanzado nivel comercial en varios países. La mayor parte del biodiesel producido en la actualidad se elabora mediante metanólisis en medio básico.[5] PROCESO GENERAL DE TRANSESTERIFICACIÓN Existen múltiples opciones de operación viables para la fabricación de biodiesel. Muchas de estas tecnologías pueden ser combinadas de diferentes maneras variando las condiciones del proceso y la alimentación del mismo. La elección de la tecnología será función de la capacidad deseada de producción, alimentación, calidad y recuperación del alcohol y del catalizador. En general, plantas de menor capacidad y diferente calidad en la alimentación suelen utilizar procesos Batch o discontinuos. Los procesos continuos, sin embargo, son más idóneos para plantas de mayor capacidad que justifique el mayor número de personal y requieren una alimentación más uniforme. Los procesos continuos pueden emplear bien sea reactores de tanque agitado CSTR (continuous stirred tank reactor) como tubulares PFR (plug flow reactor). Un esquema de proceso típico es el uso de varios CSTR en serie. Después de que parte de la glicerina producida se sedimenta en el primer reactor, la reacción en el segundo es bastante rápida. Gran cantidad de procesos emplean mezcladores estáticos o bombas para aumentar la intensidad de mezclado de la corriente que ingresa al reactor. El uso de reactores PFR ofrece menores tiempos de residencia, del orden de 6-10 min., aunque debe garantizarse que el diseño de los reactores brinde el grado de agitación necesario para obtener conversiones adecuadas. [2]

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Proceso Discontinuo Es el método más simple para la producción de biodiesel 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 ester. Se han publicado en la bibliografía resultados entre el 85% y el 94%. En la transesterificación, tal y como se comentó anteriormente, 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 la figura 6 se reproduce un diagrama de bloques de un proceso de transesterificación discontinuo.

Figura 6. Proceso de Transesterificación. [1] 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.

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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 menorespara la realización de la reacción. Este tipo de reactor puede operar a elevada temperatura y presión para aumentar el porcentaje de conversión. En la figura 7 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.

Figura 7. Proceso de producción de biodiesel mediante reactores de flujo pistón. [1]

Proceso de Esterificación El más común consiste en el calentamiento de una mezcla del alcohol y del ácido correspondiente -en los procesos de esterificación se suelen utilizar catalizadores ácidos con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más económico en exceso para aumentar el rendimiento y desplazar el equilibrio hacia la derecha (esterificación de Fischer). El ácido sulfúrico sirve en este caso tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico concentrado. En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes. El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter y el ácido orgánico puede sufrir decarboxilación.

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Figura 8 Proceso de esterificación. [1]

Proceso Combinado Esterificación-Transesterificación Este tipo de procesos refina los ácidos grasos aparte del sistema de alimentación o mediante un tratamiento diferenciado en la unidad de esterificación. Se añaden los catalizadores cáusticos y el producto de reacción se separa mediante centrifugación (proceso llamado Caustic Stripping). Los aceites refinados son secados y enviados a la unidad de transesterificación para un proceso posterior. De esta manera, los ácidos grasos pueden ser transformados en ésteres metílicos mediante un proceso ácido de esterificación. Los procesos de catálisis ácida pueden ser usados para la esterificación directa de los ácidos libres (FFA). Una alternativa a esto sería utilizar un catalizador básico para formar deliberadamente jabón en el FFA. El jabón es recuperado, el aceite secado y posteriormente utilizado en un sistema convencional mediante catalizadores básicos.

Figura 9. Proceso de producción de biodiesel mediante esterificación/transesterificación. Proceso de catálisis ácida. Elaboración propia. [1]

En la reacción de transesterificación-esterificación, por su parte, se puede aprovechar los ácidos grasos subproductos de la reacción de la figura 6 para alimentar posteriormente un reactor de esterificación. Proceso en Condiciones Supercríticas Cuando un fluido o gas es sometido a temperaturas y presiones que exceden su punto crítico, aparecen una serie de propiedades inusuales. Desaparece la diferencia entre la fase líquida y vapor, existiendo sólo una fase de fluido presente. Además, los disolventes que contienen grupos OH, como el agua o alcoholes primarios, toman las propiedades de superácidos. Un ejemplo de sistema sin catalizadores es el que utiliza un elevado ratio de alcohol:aceite (42:1). Bajo condiciones supercríticas (350 a 400ºC y P>80 atm) la reacción se completa en 4 minutos. Los costes de instalación y los costes de operación son más altos y la energía consumida mayor, por lo que aunque los resultados mediante este proceso son muy interesantes, el escalado de estas instalaciones a nivel industrial puede ser difícil. En la figura 10 se representa el diagrama de bloques de un proceso en el que se utiliza un reactor supercrítico, sin necesidad de añadir catalizadores.

19Figura 10. Proceso de producción de biodiesel mediante proceso supercrítico. [1]

Vida útil del producto La vida útil del producto, se refiere a la estabilidad o inalterabilidad que tiene el producto durante el tiempo. En el caso del biodiesel, por tratarse de esteres metílicos de ácidos grasos, estos son susceptibles a reacciones de oxidación; es decir, a la acción del oxígeno sobre las insaturaciones de los ácidos grasos. Por tanto, esta autoxidación, será favorecida a medida que aumente la concentración de ácidos grasos insaturados (o índice de yodo). En la figura 11, se muestra el grado de absorción de oxígeno de ésteres metilícos de los ácidos esteárico, oleico, Linoléico y linólenico y como se puede observar los más insaturados necesitan menos tiempo para absorber la misma cantidad de oxígeno y por consiguiente se oxidan más rápido. Otros factores coadyuvantes son: la temperatura, actividad de agua, presencia de peróxidos y ácidos grasos libres, etc.

Figura 11. Tiempo para absorber 1 g de oxígeno/ Kg. de ésteres metílicos: esteárico (IY=0), Oleico (IY = 85.6), linoleico (IY= 172.4), linolénico (IY= 260.4). [3]

Como resultados de la auto oxidación se forman hidroxiperóxidos, muy reactivos descomponiéndose en una gama muy amplia de sustancias, entre las cuales se encuentran polímeros de alto peso molecular, con la consiguiente formación de gomas y sedimentos. La estabilidad del biodiesel es un factor importante cuando es almacenado por tiempos prolongados. Como se ha explicado anteriormente unos de los mayores problemas en la estabilidad es la formación de hidroxiperóxidos. La estabilidad del biodiesel almacenado debe se controlada monitoreando el número de ácido, viscosidad e índice de peróxido. Aditivos tales como el BHT (Butilhidroxitolueno) y TBHQ (t-butilhidroxiquinona) son comunes en la industria de alimentos y se ha encontrado adecuado para alargar la vida útil del biodiesel por más de 6 meses. 24 [3]

APLICACIONES [1] Las formas de utilización de los aceites vegetales o de los ésteres metílicos en los motores diesel (motores de compresión MEC) pueden variar dependiendo de distintos factores. Así, las diferentes maneras de utilización para conseguir un óptimo rendimiento en el motor, pueden ser: · Adaptación del motor diesel para uso de aceites · Motores específicos para uso de aceites (Motor Elsbett) · Mezclas de diesel con aceite · Mezclas de diesel con ésteres metílicos · Mezclas de diesel con alcohol

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El biodiesel se utiliza además de en automoción, para sustituir al diesel C de calefacción. Por otra parte, el biodiesel disuelve los hidrocarburos por lo que también se ha utilizado para limpiar vertidos de hidrocarburos Los ésteres metílicos son también intermedios en la síntesis de muchos productos utilizados en la química fina. UTILIZACIÓN DE BIODIESEL COMO COMBUSTIBLE Para la utilización de biocombustibles en motores diesel puede utilizarse bien aceites vegetales (cuya implantación es prácticamente testimonial a nivel industrial), o bien producir ésteres metílicos de aceites vegetales para su utilización como combustible (biodiesel). El biodiesel se puede emplear a su vez puro (como se hace en Brasil y en EE.UU.) o en mezclas de biodiesel/DIESEL, que es la manera de utilización más extendida. Utilización directa de aceites vegetales La naturaleza de los aceites vegetales plantea una serie de inconvenientes para su utilización directa en motores, puesto que estos precisan de una preparación consistente en un desgomado y filtración previos. Las semillas son prensadas separándose el aceite de la torta, sometiendo normalmente a las semillas a un calentamiento previo y a la acción de un disolvente de cara a conseguir rendimientos de extracción de aceite cercanos al 100%. La torta que se obtiene como subproducto, tiene un alto contenido en proteína por lo cual es posible su comercialización para alimentación animal, con lo que se consigue abaratar los costes del proceso de extracción. La naturaleza de los aceites vegetales plantea una serie de inconvenientes para su utilización directa en motores. Así, la utilización de aceites sin transformar requiere, bien realizar una serie de transformaciones en los motores, o bien utilizar motores Elsbett. Ello es fundamentalmente debido a los problemas de viscosidad del biodiesel. Los ácidos grasos de los aceites vegetales varían en su longitud y en el número de dobles enlaces contenidos en la cadena (reflejado por el índice de yodo). La presencia de dobles enlaces les confiere que sean aptos para el consumo siendo su funcionamiento mejor a bajas temperaturas, si bien los hace fácilmente susceptibles de oxidación. Por otra parte, largas moléculas con dobles enlaces confiere a los aceites un carácter viscoso que implica una mayor dificultad de bombeo y atomización del combustible en los inyectores, traducido en un menor rendimiento. Los ácidos grasos poliinsaturados tienen una elevada reactividad que los hace susceptibles a la polimerización y formación de gomas, que se forman por oxidación durante el almacenamiento o por una deficiente polimerización térmica y oxidativa. Por otra parte, cuanto mayor es el grado de insaturación de un aceite, mejor es su funcionamiento como combustible en condiciones de baja temperatura, lo cual es fundamental para un combustible diesel. Cuando se pretende utilizar aceites vegetales en motores de inyección directa hay que recurrir a mezclas del aceite vegetal con diesel, lo que permite, modificando la proporción de los componentes, mantener las características del combustible. En cualquier caso, estas mezclas de aceite vegetal y diesel siguen presentando parte de los problemas asociados a los aceites vegetales, que son:

- Los ácidos grasos polinsaturados tienen una elevada reactividad que los hace muy susceptibles a la polimerización y formación de gomas.

- No se queman completamente dando por resultado depósitos carbonosos. - Espesamiento del aceite lubricante. - Elevada viscosidad. Dificultad para el bombeo y la formación de gotas. - Bajo número de cetano. Combustión deficiente en motores rápidos. - Comportamiento deficiente en frío. Problemas de bombeo y filtrabilidad. - Ensuciamiento de inyectores. Déterioro de las prestaciones del motor.

Una solución a estos problemas sería a través de la modificación del motor diesel:

- Precalentamiento del combustible. - Inyección en precámara. Inyectores autolimpiantes. - Motores más adiabáticos: cámara de combustión labrada, menor refrigeración. - Sistema de arranque con DIESEL. - Si bien se ha demostrado que se pueden utilizar en motores diesel sin modificar mezclas de hasta

1:2 (biodiesel:diesel), en el caso del aceite de soja [13].

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Otra alternativa, es emplear mezclas de aceites vegetales brutos con gasolinas (14%) y alcohol (5%), que se puede utilizar como carburante de los motores diesel de manera directa. Motores Elsbett Como se mencionó anteriormente, la utilización de aceites sin transformar requiere, bien realizar una serie de transformaciones en los motores, o bien utilizar motores Elsbett diseñados por la empresa alemana Elsbett Konstruktion aplicables tanto en motores monocilíndricos como en motores de hasta doce cilindros. Se trata de un motor adiabático, es decir, que intercambia muy poco calor con el medio y evita entre el 25 y el 50 % de las pérdidas de energía a través del sistema de refrigeración. No dispone del convencional sistema de enfriamiento y esto le permite trabajar a una temperatura más alta y, por tanto, con un rendimiento termodinámico más grande. Por otra parte, tiene la característica de quemar la totalidad del combustible y por esto se puede considerar un motor prácticamente limpio. Además, el hecho de quemar aceite vegetal no libera dióxido de azufre. Es un motor preparado para la combustión de aceite vegetal crudo, sin refinar y sin éterificar, que no carboniza ni deja sustancias residuales, que tiene una eficiencia térmica superior al 40 % (recordemos que un motor de gasolina convencional o diesel no supera el 30 %). Esto quiere decir que este rendimiento más grande le permite proporcionar más energía mecánica útil. Los elementos mecánicos que le distinguen de un motor diesel convencional son:

- Un pistón articulado con la parte superior aislada térmica y acústicamente situado dentro de una cámara de combustión de forma esferoidal.

- Uno o dos inyectores por cilindro, de un solo agujero y autolimpiables, que inyectan el aceite vegetal a la cámara de combustión tangencialmente y esto permite una perfecta nebulización, es decir, que la mezcla aire combustible es muy fina y esto evita que se hagan depósitos carbonosos.

- La tapa de los cilindros dispone de una pequeña cámara anular por la cual circula el aceite lubricante que se emplea como refrigerante. Ya que el sistema de refrigeración no es con agua, la tapa del cilindro no lleva junta. Un pequeño radiador de aceite permite cerrar el circuito del aceite lubricante refrigerante.

El hecho de que no necesite agua para la refrigeración ahorra piezas, peso y volumen al motor. Otro aspecto importante a destacar es la cámara de combustión esferoidal, la cual permite que haya un exceso de aire en la combustión del aceite vegetal y que se estratifique la temperatura del motor. Así, mientras el núcleo de la combustión puede llegar a los 1.300 ºC, en cambio, la zona del contacto del pistón no supera los 650 ºC normales de cualquier motor. La temperatura final de los gases de escape solamente es un poco superior a la de los motores diesel convencionales. Asimismo, la combustión se hace con menos cantidad de aire y, por tanto, se reduce la emisión de óxidos de nitrógeno. Las modificaciones del motor Elsbett permiten a los vehículos diesel funcionar tanto con diesel como con aceite vegetal con un buen rendimiento termodinámico y sin que se den problemas que afecten al buen funcionamiento del motor. El motor Elsbett no es el único de los motores conocidos como policarburantes y semiadiabáticos. Sin embargo, sí es el único sistema que se puede aplicar en cualquier motor diesel con una mínima intervención y por un coste razonable de unos 2.500 a 3.200 euros. La intervención consiste, básicamente, en anular la cámara de agua del bloque,cambiar la tapa de los cilindros y los pistones y añadir un pequeño radiador para el aceite refrigerante. La única condición es que el motor no disponga de elementos cerámicos. Utilización de biodiesel Para evitar introducir las modificaciones en motores que se requieren para la utilización de aceites vegetales sin modificar y mejorar sus características como carburantes, se recurre a transformarlos en sus derivados ésteres metílicos o etílicos. De esta manera se consigue que las largas cadenas ramificadas iniciales, de elevada viscosidad y alta proporción de carbono se transformen en otras de cadena lineal, de menor viscosidad y porcentaje de carbono y de características físico-químicas y energéticas más similares al diesel de automoción. Este biodiesel se puede utilizar bien puro, bien mezclado en distintas proporciones junto con el diesel de automoción, que es la forma más habitual de utilización.

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Para evitar introducir las modificaciones en motores que se requieren para la utilización de aceites vegetales sin modificar y mejorar sus características como carburantes, se recurre a transformarlos en sus derivados ésteres metílicos o etílicos. De esta manera se consigue que las largas cadenas ramificadas iniciales, de elevada viscosidad y alta proporción de carbono se transformen en otras de cadena lineal, de menor viscosidad y porcentaje de carbono y de características físico-químicas y energéticas más similares al diesel de automoción. Este biodiesel se puede utilizar bien puro, bien mezclado en distintas proporciones junto con el DIESEL de automoción, que es la forma más habitual de utilización. La razón de realizar una mezcla con diesel convencional (EN590), radica en que los aceites vegetales tienen, entre otras cosas, la particularidad de disolver la goma y el caucho. Debido a que estos aceites vegetales son la materia prima para la fabricación del biodiesel, dicho producto también disuelve la goma y el caucho, materiales empleados en la fabricación de los conductos y las juntas del sistema de alimentación de los vehículos (latiguillos o manguitos) por lo que con el uso prolongado de biodiesel 100%, se podrían llegar a degradar dichos conductos, produciendo algún poro o pérdida de combustible (el biodiesel es biodegradable en un 98,3% en 21 días). Desde mediados de los años 90, casi todos los fabricantes de vehículos (principalmente marcas alemanas), ya han substituido dichos conductos por conductos fabricados con materiales plásticos o derivados, con lo que el biodiesel no los disuelve En los motores de los automóviles, los problemas asociados por utilizar biodiesel como combustible de motores de inyección directa, son los que a continuación se presentan:

- La potencia del motor disminuye, porque el poder calorífico inferior (P.C.I.). del biodiesel es menor

- El consumo de combustible aumenta, ya que el biodiesel contiene menos poder calorífico que el DIESEL.

- Las emisiones de óxidos de nitrógeno generalmente aumentan, consecuencia de las mayores presiones y temperaturas que se alcanzan en la cámara de combustión, que a su vez se deben a un tiempo de retraso de la misma.

- Cuando se utiliza 100% de biodiesel, el aceite lubricante se contamina, debido a la menor viscosidad del éster en comparación a éste.

- Algunos materiales se déterioran con el biodiesel: pinturas, plásticos, gomas, etc. cuando se utiliza 100% de biodiesel.

DESEMPEÑO MECÁNICO En general puede decirse que el biodiesel en comparación con el diesel presenta las siguientes diferencias:

• viscosidad y densidad mayor, • aumento o disminución de los residuos de carbón, dependiendo del tipo de proceso que se lleva

cabo para su obtención (relacionado con el contenido de mono di y triglicéridos), • el calor de combustión se reduce en aproximadamente 12% debido a la presencia de oxígeno

dentro de la molécula, • reducción del torque y la potencia en cerca de 10 %, principalmente por la reducción en el calor

de combustión; esto también repercute en un mayor consumo de combustible para lograr el mismo desempeño. [11].

El aumento en la densidad y especialmente la viscosidad, puede generar un incremento leve en la formación de depósitos de carbón en las cámaras de combustión e inyectores del motor. La disminución del calor de combustión, puede compensarse por una mejora en la quema del biocombustible, debido al aumento de la disponibilidad de oxígeno en la cámara de combustión, el cual es provisto por la molécula del biodiesel. Esto contribuye a la reducción en las emisiones de material particulado (humos) y monóxido de carbono; sin embargo, la mayor disponibilidad aumenta las emisiones de NOX por aumento en la temperatura de la cámara de combustión . [9] Se puede concluir que a medida que se incrementa el porcentaje de biodiesel en las mezclas biodiesel–diesel disminuye la potencia y aumenta el consumo de combustible. También disminuyen el CO, Hc, material particulado, hollín y la opacidad de humos. De otro lado, los Nox aumentan o disminuyen dependiendo de la afinación del motor. La potencia disminuye entre 2 y 10% para B30 y B100 respectivamente. El consumo de combustible aumenta entre 10 y 24%, para el biodiesel y sus mezclas,

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debido al menor poder calorífico del biocombustible comparado con el del diesel convencional. Las emisiones de CO diminuyen de 10 a 50%, hc 12 a 55%, con B30 y B100 respectivamente. La opacidad de humos disminuye entre 0 y 30% y los Sox entre 20 y 100%, debido al escaso contenido de azufre del biodiesel. La reducción «global» de CO2 es de 16 a 78,4% para B20 y B100 respectivamente. [4] DESVENTAJAS EN EL MOTOR AL USAR BIODIESEL Diversos autores exponen las desventajas de utilizar el biodiesel como combustible en los motores diesel, resaltan aspectos como el ataque a las mangueras (caucho) de conducción del combustible y a los sellos. Destacan también el ataque a las pinturas del motor, la mala fluidez de biodiesel a bajas temperaturas [30], y la tendencia a formar depósitos y obstrucciones, aunque otros autores cuestionan dicha tendencia al mostrar la capacidad detergente de los ésteres. [4] Un análisis efectuado a los biocombustibles arrojó que impurezas como glicéridos, glicerol, ácidos grasos libres y residuos de catalizador traen consecuencias desfavorables para el desempeño del motor, por ejemplo, depósitos de carbonilla –hollín– en los inyectores. [4] El poder calorífico del biodiesel es del orden del 13% en masa más bajo que el del diesel y cerca de 8% por unidad de volumen, sin embargo, no se refleja exactamente en la pérdida de potencia, debido a que el biodiesel tiene una densidad ligeramente más alta que el diesel. [4] Problemas del Biodiesel [10] A continuación se realiza una coparación de los problemas del biodiesel frente al diesel [10] a) Incompatibilidad a bajas temperaturas. Uno de los mayores problemas que se encuentran a la hora de decidir el uso de Biodiesel como combustible es el de las malas propiedades que posee a bajas temperaturas. Generalmente, como ya se ha indicado, tanto los Puntos de Congelación (PC), Puntos de Nube (PN), como el Punto de Obstrucción por Filtros Fríos (POFF) son desde ligeramente superiores a muy superiores dependiendo del origen del éster (aceite de maiz, oliva, etc...). Para un Biodiesel procedente de un aceite residual el POFF esta entre –7 y 0ºC, lo cual es insuficiente para invierno. Utilizando un Biodiesel de origen animal el POFF es todavía superior. b) Mayor Viscosidad. Debido a que el biodiesel tiene una viscosidad mayor que el diesel pueden existir problemas de pérdidas de flujo a través de los filtros e inyectores. Si el spray es alterado por el flujo de combustible se puede generar una coquización del inyector o dilución del lubricante. c) Coquización del inyector. La coquización se incrementa con el aumento de: - Viscosidad. - Peso Molecular. - Potencia Calorífica. Disminuye con el aumento del grado de instauración. d) Dilución del Lubricante. Se debe desarrollar un lubricante específico para este combustible. Se necesita uno que tenga una capacidad dispersante superior a la utilizada con el diesel. El perfil de la destilación del biodiesel difiere mucho del gasoil aunque los puntos de ebullición finales son bastante similares. Esto explica por qué el biodiesel tiende a disolverse más fácil en el lubricante que el diesel. Existen estudios que indican que un aceite de motor se degrada mucho más rápido si el combustible utilizado es Biodiesel en vez de Diesel. La dilución que se produce por el Biodiesel en el aceite hace que la viscosidad disminuya en unas primeras etapas (dilución del combustible), En posteriores etapas aumenta

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con el tiempo (oxidación del lubricante) debido a la formación de depósitos y lacas, causadas por la tendencia del biodiesel a la oxidación y polimerización del lubricante, debido a la presencia de dobles enlaces en su estructura. Se han observado diluciones máximas en el cárter del orden del 15- 20%. Cada motor tiene un orden de dilución diferente debido a sus holguras de fabricación, régimen de trabajo, etc. La dilución afecta de la siguiente manera al motor: - Se observan depósitos de carbonilla blandos en la boquilla del inyector, corona del pistón y cabeza

del cilindro. - Se generan menos depósitos de carbono en la válvula de admisión y similares en la de escape que

respecto al diesel. - El biodiesel genera unos depósitos de carbón similares al diesel en los segmentos superiores, pero se

obtienen mayores lacas en los segmentos internos. - Formación de lacas en los orificios del inyector. - Lodos en el sumidero, zonas de filtración de la bomba de aceite y otras partes del motor. - Desgastes en el cojinete de bancada (Sn/Pb). La dilución por combustible es mayor con la carga aplicada que con la velocidad. Respecto al lubricante: - Pérdida de dispersancia. - Separación de fases. Se forma una pequeña capa de fangos negros. - Aumento de la viscosidad. - Aumento de los insolubles en pentano. - Aumento de los niveles de metales de desgaste. - Aumento de la acidez del lubricante. Por todo esto se recomiendan cambios en el aceite en periodos más cortos que para un diesel normal. e) Problemas de Corrosión. Pueden aparecer algunos problemas debido a corrosiones y partículas de desgaste en el aceite, que hay que tener en cuenta no solo en lo que afecta al motor, sino también respecto a la instalación. - Ataque a las juntas y pinturas.

• Las juntas de nitrilo en contacto con el Biodiesel se disuelven, por lo que se deben sustituir por las de Vitón que son más resistentes.

• También habría que tener en cuenta las que están en contacto con el aceite debido a los problemas encontrados de dilución con Biodiesel.

• Las pinturas del depósito de combustible y demás partes se deben sustituir por otras acrílicas. - Ataque al Cu y Pb. El Pb se desgasta muy rápido en presencia del Biodiesel. Las fuentes de plomo que pueden existir en el motor son:

• Casquillo de Pie de Biela 10% (recubrimiento). • Casquillos de la Bomba de aceite (recubrimiento). • El Cu también parece que es atacado por el Biodiesel. Partes que contienes cobre son: • Enfriador del aceite 100%. • Casquillo de Pie de Biela 75% • Diferentes partes en menores porcentajes. • El cobre puede ser sustituido en la fabricación de las piezas: • Enfriadores de acero inoxidable. Su desventaja es que disipan peor el calor, por lo que deben de

ser más grandes y pesados. • Sustitución de los casquillos de Pie de Biela otros que resistan ácidos y Cl.

- Agentes corrosivos presentes en el Biodiesel.

• El Cl es un agente muy corrosivo y por ello se debe limitar su presencia. Este puede proceder de diferentes fuentes: - La sal de las comidas, - agua sin desalar en el proceso de fabricación del Biodiesel,

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- Ácidos presentes en el Biodiesel. A medida que aumentan la cantidad de ácidos en el motor se van

generando depósitos en los sistemas de inyección con la consiguiente problemática en el bombeo del combustible.

También atacan a las juntas y partes metálicas de los elementos del sistema de inyección.

- Presencia de Medio Microbiano. La presencia de microbios provoca la corrosión del sistema y una

colmatación de los filtros prematura. Podría usarse aditivos anti-microbianos. El contenido en agua acelera la presencia de microbios.

f) Otros contaminantes - La presencia de K y Na puede causar la precipitación de jabones obstruyendo los filtros. Estos se

presentan en el Biodiesel debido a un defectuoso proceso de lavado en su producción. - Los Diglicéridos y Triglicéridos aumentan la corrosión al formar quelatos con los metales de las

superficies metálicas. Existen en el mercado filtros bastante hidrófobos para resolver en gran medida este problema.

- Glicerina Libre y Total. Hay que controlar muy bien los niveles de estos dos compuestos debido a que

afecta de forma muy directa a la bomba de inyección.

• Colmatan los filtros. • Por otro lado la generación de producto coquizados en los inyectores. • Aumentan la viscosidad y espesamiento. • Causan cristalizaciones a bajas temperaturas.

g) Colmatación de filtros. - Debido a que el biodiesel es un buen disolvente, disuelve toda la suciedad que haya en el circuito de

combustible hasta dejarlo limpio. Por ello, al principio, puede que se colmaten los filtros muy rápidamente y haya que cambiarlos a las pocas horas de uso.

- Si se ha usado anteriormente diesel, el biodiesel arrastrará toda la suciedad que se haya depositado

en el sistema de combustible durante el uso del gasoil. - Los filtros se pueden colmatar con glicerina, con la consiguiente disminución de combustible

bombeado (problemas de lubricidad). En la trampa líquida puede quedarse parte de la glicerina que haya sido filtrada.

- Los glicéridos causan cristalizaciones a bajas temperaturas. Los mono y diglicéricos afectan al punto

de nube, pero no al de congelación. Se ha comprobado que los causantes de la colmatación de los filtros son los glicéridos saturados, por lo que los insaturados no contribuyen mucho al Punto de nube. Hay que controlar especialmente los filtros cuando se trabaja a temperaturas bajas. Se pueden poner calentadores.

- Se pueden usar prefiltros de 5-10 mm para eliminar la mayor cantidad de suciedad inicial. h) Problemas de Estabilidad. - Posee menor estabilidad a la oxidación que el diesel debido a que posee dobles enlaces y oxígeno en

su molécula. Esto es importante a la hora de almacenar durante mucho tiempo el biodiesel.

• El uso de recipientes acero o aluminio para almacenar el biodiesel no afecta negativamente a su estabilidad.

• La utilización de recipientes que contengan cobre, cinc, plomo o alguna combinación de estos tres afecta de manera muy negativa a la estabilidad ya que forma gran cantidad de sedimentos.

- Cuanto más contenido en C18:3 tenga va a se menos estable.

• Pueden favorecer la formación de depósitos en los inyectores. • Colmatación de los filtros.

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- Los productos que se generan en las prerreacciones de combustión suelen ser más pesados formándose depósitos en el interior del motor y obstruyendo los inyectores.

- A medida que se aumentan las instauraciones se ha observado que los depósitos penetran más en los

segmentos del pistón. No se observan ni en el cilindro, pistón ni inyector. [10] VENTAJAS DEL BIODIESEL FRENTE AL DIESEL [10] a) Lubricidad. El biodiesel posee unas características de lubricidad superiores a las del diesel. - Se obtienen unos resultados marcadamente mejores en los ensayos de lubricidad realizados. - Se producen menos partículas de desgaste que con el diesel. b) Número de Cetano. Por lo general los ésteres derivados de ácidos grasos tienen un Número de Cetano NC mayores que el Diesel. Durante el proceso de precombustión de los ésteres en el motor se forman diferentes compuestos: alcanos, alquenos, ésteres, bencenos sustituidos y furanos entre otros. Se ha comprobado que los compuestos aromáticos poseen un número de cetano menor (por eso el diesel tiene un NC inferior al biodiesel que no posee apenas aromáticos). Los ésteres que más cantidad de compuestos aromáticos poseen son los insaturados. - Esta es una posible explicación de por qué estos poseen números de cetano inferiores a los de los

ésteres saturados. - La posición del doble enlace también va a influir en la formación de especies de precombustión (los

cis generan menos aromáticos que los trans). - Otro factor que influye en el NC es la estructura (ramificación, presencia y número de dobles enlaces

en la molécula). Cuanto mayor sea la longitud de la cadena (número de CH2) mayor será también el NC, así como la ausencia de dobles enlaces.

- Por último, decir que cuanto mayor sea la parte alcohólica del éster tanto menor será el NC. - Existe una relación entre el punto de ebullición del éster con el NC. Viendo esto, se puede comprender por qué dependen tanto las características de un biodiesel según su origen. c) Emisiones Contaminantes. Producen combustiones más eficaces debido a la presencia del oxígeno de las moléculas del éster en el núcleo del spray: - Tiene una mejora en el rendimiento de la combustión. - Una importante disminución en la cantidad de partículas emitidas (menor opacidad en los humos).

Esto se ve influenciado por el mayor NC. - Una menor emisión de CO y HC sin quemar. - El biodiesel está compuesto por cadenas largas de carbono similares a las parafinas del diesel. De

esta manera se diluye el contenido en aromáticos reduciendo las partículas. - Balance en emisiones de CO2 nulo debido a que se origen es biológico

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DESEMPEÑO ACEITE CRUDO DE PALMA . [5] El alto índice de cetano del biodiesel de Aceite Crudo de Palma, ACP, es un indicativo de la excelente calidad de ignición reportada ampliamente para este tipo de biocombustible. Aunque las normativas para diesel corriente y para el biodiesel no especifican valores a cumplir para el poder calorífico, el resultado de esta propiedad para el biodiesel de ACP, indica una diferencia apreciable respecto a los valores típicos del diesel corriente colombiano (entre 18500 y 19000 BTU/lbm), y una similitud con los valores típicos para diferentes tipos de biodiesel reportados por la literatura (aproximadamente 17000 BTU/lbm) . La diferencia indicada en el poder calorífico, expresado en unidades de energía por unidad de masa, se suaviza un poco cuando se expresa en unidades de energía por unidad de volumen, dada la mayor densidad del biodiesel. La propiedad más desfavorable para el biodiesel de ACP es su alto punto de nube alrededor de 18ºC. El punto de nube es la temperatura a al cual se empiezan a formar cristales. Tal propiedad esta asociada directamente con la naturaleza química de los ácidos grasos esterificados, que en el caso del aceite de palma y de sus metilésteres derivados son en gran proporción saturados. Las deficientes propiedades de flujo en frío del biodiesel de ACP limitan su utilización como combustible puro en lugares sometidos a bajas temperaturas. Una opción práctica es no usarlo puro, sino mezclado con el diesel convencional en proporciones adecuadas, de modo que la mezcla cumpla con la especificación de punto de nube. Otra posibilidad es utilizar aditivos depresores de punto de fluidez comúnmente utilizados en la industria del petróleo para aceites lubricantes y combustibles diesel con alto contenido de hidrocarburos saturados. Una opción más radical sería tratar de fraccionar el biodiesel utilizando un proceso similar a la winterización de aceites crudos. La mejor opción para el desarrollo de una industria de biodiesel en Colombia es utilizar como materia prima básica el aceite crudo de palma sin separación de fases y sin someterlo a procesos previos de reducción de ácidos grasos libres. La viabilidad económica de un programa de biodiesel implica la valoración de la glicerina y demás subproductos. Lo anterior constituye una oportunidad para el desarrollo de la industria oleoquímica nacional. El biodiesel de aceite de palma Colombiano cumple con la mayoría de especificaciones técnicas que deben cumplir los combustibles diesel de acuerdo con las normas nacionales e internacionales. La deficiencia de calidad más significativa para el biocombustible en cuestión es su alto punto de nube. Tal propiedad inherente al biodiesel de aceite de palma por su naturaleza química afecta su desempeño como fluido bajo condiciones de climas fríos.

ANÁLISIS AMBIENTAL Y SOCIOECONÓMICO En los últimos 50 años hemos sido testigos de un deterioro ambiental que ha llevado a la pobreza sostenible del medio ambiente, ha habido una tendencia hacia una explotación inmisericorde de los recursos naturales no renovables, sobre todo de aquellos en los cuales se basa la civilización actual, tales como el petróleo, el hierro, el carbón, etc. El medio ambiente se está deteriorando por la contaminación: el agua, cuya calidad es el índice de la calidad de la vida de los pueblos, se contamina y escasea; la tierra es infestada con las basuras y residuos de una sociedad que comete los mismos errores de los países desarrollados y no se esfuerza tanto por tener los mismos aciertos. La tierra sigue erosionándose a causa de la tala de los bosques, las quemas y la explotación de las maderas sin haberlas reemplazado con nuevos árboles. Las tierras cultivables son mal manejadas por la manera de labrarlas, de sembrarlas y de limpiarlas. El aire es contaminado con los residuos de la urbanización, de la industria y el transporte de una civilización de tendencia desafortunadamente consumista. Hoy basamos nuestra movilidad en una fuente energética (petróleo) cuyo futuro está seriamente comprometido, esta es una razón más que suficiente para plantearse un cambio en el modelo energético, sabiendo además que el petróleo es un recurso distribuido geográficamente de manera desigual. Cualquier experto estará de acuerdo que en materia energética no existen las soluciones únicas, y los biocombustibles no son la excepción, pero si se convierten en una salida poco traumática para contrarrestar la escasez del petróleo y para generar condiciones sostenibles para las diferentes naciones.

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Queda mucho camino por recorrer en lo que se refiere al estudio de nuevos cultivos y técnicas que permitan satisfacer una mayor demanda con un aumento razonable en la extensión de las tierras dedicadas a los cultivos energéticos sin que esto implique un deterioro de la sostenibilidad ambiental. Los países han apoyado la utilización de biocombustibles con el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, impulsar la descarbonización de los combustibles de transporte, diversificar las fuentes de su abastecimiento, desarrollar alternativas al petróleo a largo plazo, utilizar tierras ociosas y reforestar la capa vegetal. Se espera también que el incremento de la producción de biocombustibles ofrezca nuevas oportunidades para diversificar la renta y el empleo en las zonas rurales. La producción de biocombustibles a partir de materias primas apropiadas puede también generar beneficios económicos y medioambientales en numerosos países en desarrollo, crear más empleo, reducir las facturas de las importaciones de energía y abrir mercados potenciales de exportación. A pesar de que la mayoría de los biocombustibles siguen siendo más caros que los combustibles fósiles, su utilización se está incrementando en todo el mundo. La producción global de biocombustibles, que ha sido impulsada por medidas políticas, se calcula actualmente en más de 35 000 millones de litros. [6] El biodiesel, se puede catalogar como una alternativa viable para ser utilizado en motores diesel, ya que por sus características puede ser quemado puro o en mezclas, en cualquier proporción, con el combustible convencional (diesel), sin necesidad de realizar cambios drásticos en el motor, lo cual genera una reducción en los gases de emisión [4] PROSPECTIVA La ventaja medioambiental de tipo global del biodiesel es el cierre del ciclo de vida del CO2 (emisión nula), pues las plantas oleaginosas por medio del proceso de fotosíntesis toman este gas y lo transforman en oxígeno. Otro elemento de juicio al momento de usar combustibles fósiles es su potencial en reducción de emisiones contaminantes, entre los cuales se encuentran el dióxido de Carbono (CO2), monóxido de Carbono (CO), que tiene efectos letales sobre el hombre; óxidos de nitrógeno (NOx) e hidrocarburos parcialmente quemados (HC), principales formadores de smog fotoquímico en presencia de luz; emisiones sulfurosas (SOx), causantes de la lluvia ácida, generador de sulfatos, y material particulado, causante de enfermedades respiratorias y cáncer. [4] En términos generales se ha encontrado que los óxidos de nitrógeno (NOx) incrementan proporcionalmente con el aumento de la concentración de biodiesel en las mezclas biodiesel-diesel, no obstante han sido reportados exitosos esfuerzos para reducir las emisiones de éstos. Por el contrario, la opacidad de humos, los hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y el CO decrecen a medida que se incrementa la concentración del biodiesel en las mezclas. [4] Es importante resaltar que el contenido de azufre en los combustibles, además de causar la lluvia ácida, genera un incremento en el material particulado –sulfatos– e interviene negativamente en tecnologías nuevas de motores diesel, pues los nuevos motores diesel traen sistemas de postratamiento de gases de escape, que se dañan rápidamente si el combustible no es apropiado. [4] Biocombustibles de primera generación En la actualidad, los biocombustibles de primera generación pueden utilizarse mezclados con un bajo porcentaje de combustibles convencionales en la mayor parte de los vehículos y pueden distribuirse a través de las infraestructuras existentes. Algunos vehículos de diesel pueden funcionar al 100 % con biodiesel (B100) y en muchos países del mundo existen vehículos que funcionan indistintamente con diferentes combustibles (flex-fuel). Sustituir una parte del diesel o de la gasolina con biocombustibles es, por lo tanto, la forma más sencilla para el sector del transporte de aportar una contribución inmediata a los objetivos de Kioto, sobre todo porque los beneficios se aplicarían a toda la flota de vehículos. Los biocombustibles pueden utilizarse como combustible alternativo en el transporte, al igual que el gas natural licuado (LNG), el gas natural comprimido (CNG), el gas licuado de petróleo (LPG) y el hidrógeno. Sin embargo, el fomento del uso de los biocombustibles disponibles actualmente puede considerarse una etapa intermedia para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, diversificar las fuentes de energía empleadas en los transportes y preparar la economía a otras alternativas en este sector que aún no están preparadas. Si se adopta activamente la tendencia general de utilizar los biocombustibles y se garantiza su producción sostenible, los países productores pueden aprovechar y exportar su experiencia y

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conocimientos, así como iniciar actividades de investigación para permanecer en la vanguardia del progreso técnico. El suministro de materias primas es fundamental para el éxito de la estrategia de los biocombustibles. Por consiguiente, es necesario para garantizar un desarrollo sostenible la revisión de las políticas agrarias. El aumento previsto del comercio mundial de biocombustibles contribuirá a estabilizar la oferta entre los países productores. Biocombustibles de segunda generación y en adelante Una de las tecnologías más prometedoras de los biocombustibles de segunda generación – la transformación de lignocelulosa – ya se encuentra muy avanzada. En la Unión Europea se han creado tres instalaciones piloto, en Suecia, España y Dinamarca. Otras tecnologías para convertir la biomasa en biocombustibles líquidos (BtL) son el biodiesel Fischer-Tropsch y el bio-DME (biodimetiléter). En Alemania y Suecia hay instalaciones de demostración operativas. El gas natural sintético (SNG) puede producirse tanto a partir de recursos fósiles como renovables. El SNG renovable presenta ventajas significativas en lo que respecta a la reducción de CO2 y podría suponer un paso decisivo en el desarrollo de otros combustibles gaseosos. El Grupo de alto nivel CARS 215 considera que el futuro de los biocombustibles de segunda generación es especialmente halagüeño y recomienda que se apoye significativamente su desarrollo. El Grupo también llegó a la conclusión de que posteriores iniciativas políticas deben tener en cuenta y reflejar los diferentes beneficios en cuanto al cambio climático derivados de las distintas tecnologías y procesos de producción de biocombustibles. Para preparar la utilización a amplia escala de biocombustibles competitivos es necesaria una investigación continua y un desarrollo que garantice el éxito de las nuevas tecnologías. Las plataformas tecnológicas de los biocombustibles y otras plataformas tecnológicas pueden desempeñar un papel esencial a este respecto. Es preciso además fomentar el cultivo de materias primas especializadas e incrementar la gama de las que pueden utilizarse para producir biocombustibles. Será necesaria la cooperación entre todas las partes interesadas para fomentar las mejores prácticas y facilitar las inversiones privadas a largo plazo. Deben darse garantías de los beneficios medioambientales de todos los nuevos procesos y todos los obstáculos para su aceptación que no sean de carácter técnico deberán suprimirse. Las tecnologías avanzadas para la producción de biocombustibles también pueden constituir un punto de partida para el hidrógeno producido a partir de recursos renovables, que ofrece la posibilidad de un transporte prácticamente libre de emisiones. No obstante, las pilas de combustible de hidrógeno requieren una nueva tecnología de motores así como importantes inversiones en las instalaciones para la producción de hidrógeno y un nuevo sistema de distribución. En este contexto, la sostenibilidad del hidrógeno debe evaluarse cuidadosamente. Por consiguiente, el cambio a un transporte basado en el hidrógeno constituiría una decisión importante que debería inscribirse en una estrategia a gran escala y a largo plazo. Para obtener los beneficios medioambientales potenciales, la estrategia de los biocombustibles debe orientarse hacia lo siguiente: 1) rentabilizar las ventajas en términos de gases de efecto invernadero en relación con los gastos efectuados, 2) evitar los daños medioambientales ocasionados por la producción de biocombustibles y sus materias primas, 3) garantizar que la utilización de biocombustibles no incremente los problemas ambientales o técnicos. 4) reforestación de tierras ociosas o en desuso. Competitividad económica presente y estimaciones de futuro Los países del trópico tienen a su favor un clima que les permite obtener varias cosechas al año, además de soportar menores costes de mano de obra. Es por ello que algunos cuentan ya con sectores firmemente establecidos o, en su defecto, con potencialidades que les hacen tremendamente competitivos en este campo. En el otro lado de la balanza están los países del norte, en los que el precio

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de la mano de obra, y sobre todo la menor productividad agrícola, hacen mucho más difícil batir el precio de los derivados del petróleo, si no es a fuerza de compensar la diferencia vía impuestos. [8] La producción de biocombustibles a gran escala pasa por el uso de grandes extensiones de tierras de labor, muchas de ellas en desuso, por lo que se piensa que también puede suponer un freno a la erosión, a la desertificación y tala indiscriminada. Cualquier intento por potenciar la producción de biocombustibles pasa por el aumento de los llamados “cultivos energéticos”, que deben su calificativo al destino final que se le da a las cosechas. Por otro lado, al hablar de los aspectos ambientales ligados al empleo de biocombustibles no se puede dejar de lado el impacto ambiental de la producción y uso de estos. Y ello es así porque toda fuente de energía produce un impacto. Aunque en el caso de los biocombustibles estos impactos son mucho menores que los de la fuente a la que sustituye, no dejan de estar ahí. Tampoco debemos obviar que la creación de cualquier planta industrial provoca su correspondiente impacto. En cuanto al producto final, si bien la tónica general es que las emisiones de gases contaminantes disminuyan, algunos pueden experimentar un ligero aumento, como los óxidos de nitrógeno, según las condiciones de funcionamiento de los vehículos. [8] Beneficios socioeconómicos La escasez de petróleo no significa únicamente que será más caro llenar el depósito de nuestros automóviles; sino que sus efectos sobre la economía mundial serán devastadores si no se pone remedio a tiempo. No debemos olvidar que el petróleo está detrás de prácticamente todos los bienes y servicios que consumimos, por lo que un aumento en el precio del crudo repercutirá de manera inmediata sobre todos ellos. Resulta prioritaria la adopción de medidas que garanticen el abastecimiento energético futuro. Razón por la cual los biocombustibles están llamados a solucionar en parte esta situación. Pero es que además, dadas sus características de producción primaria y elaboración, los beneficios que genere su mercado podrían y deberían repartirse de manera más equitativa. Si el panorama actual es una dependencia total del crudo, que está localizado en el reducido número de países productores y cuyo mercado está controlado por las grandes empresas petrolíferas, la economía de los biocombustibles ha de repartirse necesariamente entre millones de agricultores en todo el mundo y su sector manufacturero a priori parece abierto a empresas de menor volumen. Si bien el número de puestos de trabajo directos generados por una planta de producción del tamaño de las actuales no es demasiado grande (normalmente menos de 100 empleados), resulta mucho más significativo el número de empleos indirectos que se generan a su alrededor. Gran parte de las plantas actuales son el resultado de la unión de empresas cuyas actividades han encontrado su nexo de unión en los biocombustibles. Así tenemos empresas del sector alimentario que aportan excedentes, subproductos o deshechos a su filial energética; empresas de recogida de aceites emanadas al amparo de productores de biodiesel, y operadoras petrolíferas que participan en el accionariado de otras empresas productoras de biocombustibles [8] Ventajas y desventajas El uso del Biodiesel ofrece ciertas ventajas e inconvenientes en comparación con el diesel convencional: Empleo de fuentes naturales renovables como materias primas, tales como aceite vegetal usado y etanol, dando solución al problema de contaminación generada por la inadecuada disposición final y reutilización de dichos aceites. Disminución del impacto ambiental comparado con los combustibles fósiles, debido a la reducción de las emisiones contaminantes de SO2, partículas, humos visibles, hidrocarburos y compuestos aromáticos. Reducción de las emisiones de CO2 en el ambiente debido a que teóricamente se cierra el ciclo del carbono, ya que el CO2 producido por la combustión del biodiesel, es capturado nuevamente por las plantas productoras del aceite destinado como materia prima. Sustitución del diesel convencional en motores, quemadores y turbinas; así como en autobuses, taxis y maquinaria agrícola sin necesidad de reconversión mecánica Generación de fuentes de trabajo en las comunidades rurales, que van desde las plantaciones hasta las instalaciones de conversión del aceite.

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Mayor estabilidad energética, pues proporciona una protección contra la dependencia del petróleo. [9] Reducción de las emisiones de:

• Monóxido de carbono • Partículas • Hidrocarburos • Dióxido de carbono • Óxidos de azufre • Es biodegradable (98,3% en 21 días) • No es tóxico

Ventajas técnicas:

• Mayor lubricidad, con lo cual se alarga la vida del motor y reduce su ruido. • Mayor poder disolvente, que hace que no se produzca carbonilla ni se obstruyan los conductos y

mantiene limpio el motor. Algunas desventajas que pueden citarse son: Precios poco competitivos frente a los derivados fósiles y el enfrentamiento de cultivos energéticos, que también son empleados como cultivos alimenticios, lo que producen una situación poco deseada al entremezclar el mercado alimenticio con el de los combustibles, distorsionando los precios y creando un impacto desfavorable en el mercado [9] Aplicaciones de la glicerina y su problemática En la síntesis del biodiesel, se forman entre el aceite y el alcohol, normalmente metílico, ésteres en una proporción aproximada del 90% más un 10% de glicerina. La glicerina representa un subproducto muy valioso que de ser refinada a grado farmacológico puede llegar a cubrir los costos operativos de una planta productora La glicerina es eliminada en el proceso cuando se procede al lavado con agua. Sin embargo, la glicerina puede encontrarse en el biodiesel como consecuencia de un proceso inapropiado, como puede ser una insuficiente separación de la fase de glicerina o un insuficiente lavado con agua. La glicerina se emplea en la fabricación, conservación, ablandamiento y humectación de gran cantidad de productos, éstos pueden ser resinas alquídicas, celofán, tabaco, explosivos (nitroglicerina), fármacos y cosméticos, espumas de uretano, alimentos y bebidas, etc. Así, como coproducto de la producción de biodiesel se obtiene por tanto glicerina, de calidades farmacéutica e industrial. Estas glicerinas tienen un valor económico positivo y su comercialización forma parte de la rentabilidad del biodiesel. Al nivel actual de producción, las glicerinas tienen suficientes salidas comerciales actualmente, pero conseguir una producción de biodiesel de la magnitud del objetivo fijado para el 2010 podría tener problemas en la saturación del mercado de glicerina, por lo que es especialmente relevante asegurar los canales de comercialización de este producto. Como conclusión, la glicerina se enfrenta a un reto de investigación y desarrollo de cara a tener una salida para la misma en caso que como es previsible su producción (como subproducto de la reacción de transesterificación) aumente significativamente en los próximos años. Por ello, se deben buscar nuevas salidas y aplicaciones al producto final o bien encontrar nuevas aplicaciones en las que ésta actúe como materia prima química. [1]

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BIBLIOGRAFÍA

La siguiente bibliografía fue base para la elaboración de este documento de recopilación. Las fuentes acá citadas están disponibles en la Revistas VirtualPRO, ww.revistavirtualpro.com 1. GARCÍA, Juan Manuel y GARCÍA, José Ángel Biocarburantes Líquidos: Biodiésel y Bioetanol. Universidad Rey Juan Carlos del Círculo de Innovación en Tecnologías Medioambientales y Energía (CITME), Universidad de Alcalá. Madrid, España, 2006. 2. ZAPATA, Carlos David, MARTÍNEZ, Iván Darío, ARENAS, Erika, HENAO, Carlos Andrés Producción de Biodiesel a Partir de Aceite Crudo de Palma: 1. Diseño y Simulación de dos Procesos Continuos. Universidad Pontificia Bolivariana. Medellín, Colombia, 2006. 3. Ministerio de Planificación del Desarrollo, Viceministerio de Planificación Territorial y Ambiental Programa Nacional de Cambios Climáticos (PNCC); Universidad Mayor de San Andres, Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos (IIDEPROQ) Proyecto: “Adecuación Tecnológica de la Obtención de Biodiesel”. La Paz, Bolivia, 2007. Disponible en www.revistavirtualpro.com 4. AGUDELO, John R., BENJUMEA, Pedro; GÓMEZ, Edwin y PÉREZ, Juan Fernando. Biodiesel una Revisión del Desempeño Mecánico y Ambiental. Ingeniería & Desarrollo. Universidad del Norte. 13: 1-14, 2003. 5. BENJUMEA, Pedro; AGUDELO, Jhon R; CANO, Gabriel. Estudio Experimental de las Variables Que Afectan la Reacción de Transesterificación del Aceite Crudo De Palma Para la Producción de Biodiesel. Scientia et Technica Año X, No 24, Mayo 2004. 6. Comisión de las Comunidades Europeas, Comunicación de la Comisión. Estrategia de la UE para los Biocarburantes. Bruselas, 2006. 7. ALMADA, Miguel. "Análisis de la producción de materias primas para la elaboración de bioetanol y biodiesel, y de estos biocombustibles, presente y esperada hasta 2020, en países potencialmente proveedores de Chile” Estudio realizado durante una estadía profesional en la FAO Diciembre 2006 8. Ministerio de Industria Turismo y Comercio de España, IDEA Instituto para Diversificación y Ahorro de la Energía. Biocarburantes en el Trasporte. Madris, 2006. 9. QUIÑONES, Leonardo; MATEUS, Oscar. Dimensionamiento y Montaje de un Reactor Piloto Para la Obtención de Biodiesel a Partir de Aceites Vegetales Gastados. Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Química. Bogotá, Colombia, 2003. 10. CIRIA, Ignacio. Propiedades y Características de Combustibles Diesel y Biodiesel Wearcheck Ibérica. 11. MITTELBACH, Martin. y TRITTHART, Peter. Diesel Fuel Derived from Vegetable oils, III. Emission Tests Using Methyl Esters of used Frying Oils. En: Journal of the American Oil Chemists Society. Vol. 67, No. 7; June, 1988. 12. FREEDMAN B., BUTTERFIELD R.O., PRYDE E.H., 1986. Transesterificacion kinetics of soybean oil. Journal of American Oil Chemical Society, 63(10): 1375-80 13. MA F., CLEMENTS L.D., HANNA M.A., 1998. The effect of catalyst, free fatty acids, and water on transéterification of beef tallow: Trans ASAE 41(5): 1261-4. 14. GRYGLEWICZ S., 1999. Rapeseed oil methyl esters preparation using héterogeneous catalysts. Bioresour. Technol., (70): 249-53. 15. FUDUKA H., Kondo A., Noda H., 2001. Biodiésel fuel production by transterifications of oils, J. Biosci. Bioeng. 92(5):405-16.

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