Nueva Formula

Se ha desarrollado un nuevo método para obtener biodiesel de manera más rápida y menos contaminante. Este sistema reduce de 25 a siete horas el proceso obtención de biodiesel. Además, resulta menos perjudicial para el entorno y puede reducir hasta en un 60% el coste energético.
La combustión del biodiesel es entre un 40% y un 80% menos contaminante que la del petrodiesel, no es tóxico, y es completamente biodegradable. Otra de sus ventajas es que aporta el triple de energía de la que se necesita para su producción.
Esta nueva practica que se aplicaria en un primer momentos en una planta piloto, se basa en un biocatalizador y elimina la necesidad de purificar posteriormente el biodiesel, como ocurre en los tratamientos tradicionales. El nuevo sistema utiliza la catálisis enzimática para transformar el 100% del aceite original y es aplicable a gran variedad de aceites, como los de soja, oliva, girasol y sésamo.
Según comentó Cristina Otero, responsable de la investigación "Nuestro método ha permitido obtener biodiesel con el 100% de rendimiento de los materiales y hemos reducido la toxicidad del proceso al sustituir el metanol por etanol. Hemos realizado el proceso a 25 grados centígrados, frente al tradicional de altas temperaturas, con lo que se consigue un gran ahorro energético y aunque la enzima utilizada es cara, su precio se compensa con creces ya que se puede reutilizar porque su actividad apenas decae al completar varios ciclos de reacción"

Proceso Básico

El diagrama de flujo de un proceso básico para la producción de biodiésel sería:


Como vemos, se utilizan tanto grasas vegetales puras como grasas utilizadas.

Éstas últimas han de pasar por el reactor de esterificación, en el cual se mezclan con un alcohol primario (metanol) en medio ácido sulfúrico y en caliente para convertirlas en ésteres y agua.

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NOTA: el agua no debe pasar al reactor de transesterificación para que no se produzcan saponificaciones.


Los ésteres obtenidos se circulan al reactor de transesterificación, junto con las grasas vegetales "puras" (obtenidas de cultivos energéticos), y se mezclan de nuevo con metanol, pero esta vez en medio básico (con sosa como catalizador).

Se obtienen finalmente los ésteres metílicos (el biodiésel) y la glicerina como subproducto.

Es un proceso cerrado, en el cual el metanol y las grasas se recuperan y se recirculan para que el producto final sea óptimo y minimizar los gastos.

Reacciones en Transesterificación

La transesterificación permite transformar un éster en otro sin necesidad de pasar por el ácido carboxílico correspondiente.

Hay dos tipos de reacciones:

• En medio ácido: se utiliza un alcohol en medio ácido. El grupo R–O^- del alcohol actúa como nucleófilo y ataca al carbono del éster, desprendiéndose el grupo O–R, formando un nuevo éster y un nuevo alcohol.
  

• En medio básico: se utiliza un alcohol en medio básico. El ^-O-H ataca al carbono del ácido, formando una especie intermedia muy inestable. El grupo O–R se separa, y se forma un ácido carboxílico que es rápidamente atacado por el grupo Et–O^- formando el nuevo éster.
  

Cabe destacar que el proceso análogo a la transesterificación es la hidrólisis.

¿"Bio-" ?

¿Y por qué es el biodiésel "bio-"?

Agustín nos comentaba hace poco que si los alcoholes utilizados en la reacción de transesterificación no provenían de la biomasa, el biodiésel no sería "bio-".

Pues bien, como sabemos, el triglicérido es el reactivo que se va a romper, atacando a las cadenas carbonadas de los alcoholes, formando ésteres (biodiésel).


Los ácidos grasos siempre van a provenir de la biomasa, sea animal, vegetal, o marina. Entonces, podemos decir que los ésteres formados son, en parte, "bio".

De todas formas, hay que decir que los alcoholes no siempre provienen de combustibles fósiles, sino que también proceden de biomasa (noticia anterior).

Así que podemos afirmar que el biodiésel es, sin duda, "bio-".

¿Es lo mismo biodiésel que bioetanol?

Bioetanol no es igual que el biodiésel, aunque los dos son biocombustibles.

El bioetanol, como su nombre indica, procede de alcoholes, estos alcoholes se estan extrayendo de la pulpa de naranjas y melocotones ricos en azúcar. Esta extracción es diferente a la de biodiesel y otra gran diferencia es que el bioetanol sólo se puede emplear en coche de gasolina, siempre que tenga poco porcentaje de bioetanol, mientras que el biodiésel se emplea en vehículo de gasoil.

Saponificación

El proceso de transesterificación, que transcurre con alcoholes y ácidos grasos, puede verse afectado en el momento en que haya una mínima parte de agua.

Los catalizadores de la reacción de transesterificación son, normalmente, básicos (NaOH, KOH), y van a reaccionar rápidamente con los ácidos grasos y con los alcoholes en presencia de agua para formar otra clase de sustancias: “jabones”.

Es lo que se conoce como saponificación.

La saponificación es un proceso de hidrólisis en medio básico por el cual se transforma un éster (ácido graso) en un alcohol y en la sal correspondiente del ácido carboxílico.

Un triglicérido, por ejemplo, en presencia de una base (todo en caliente), da lugar a moléculas de “jabón” y glicerina, así:

La cantidad de moléculas de jabón obtenidas va a ser distinta según qué catalizador se utilice.

Para tener datos más concretos, podemos ver un estudio llevado a cabo en la Universidad Complutense de Madrid:

Condiciones de operación:

Temperatura: 65 ºC
Relación molar metanol/aceite girasol: 6:1
1% en peso de catalizador

Rendimiento de la producción de Biodiésel para cada tipo de Catalizador:

85,2 % NaOH
90,1 % KOH
98,64 % CH₃ONa
97,2 % CH₃OK

Porcentaje de saponificación de Triglicéridos para cada tipo de Catalizador:

5,65 % NaOH
3,46 % KOH
0,04 % CH₃ONa
0,13 % CH₃OK

Como vemos, se produce mayor grado de saponificación al usar sosa (NaOH), que es una base más fuerte que la potasa (KOH).

Lo que ocurre es lo siguiente: la base actúa como electrófilo, y ataca a los oxígenos (con pares de e^- sin compartir), rompiendo los enlaces C-O-C del éster, y formando glicerina y jabón.

Enlace a animación gif

El extremo de la cadena carbonada tiene naturaleza hidrófoba, y tiende a unirse a otras grasas. El otro extremo, por donde se ha unido el metal de la base, tiene carácter hidrófilo, ya que puede unirse al agua mediante puentes de hidrógeno con los e- de los oxígenos. Así, cuando estas moléculas de jabón se unan por un extremo a la grasa y por el otro al agua, consiguen "limpiar" -arrancar las grasas- del medio en el que estén.
Y es así como funcionan los jabones.

Debido a la facilidad con la que puede ocurrir el proceso de saponificación, es muy importante valorar qué catalizador es más conveniente para cada proceso de elaboración de biodiésel, y/o buscar nuevos catalizadores -alternativos- que no den lugar a esta reacción.

Los inconvenientes del B100

Ampliando la información dada por nuestra compañera María José hace unos días sobre el biocombustible B100, trataremos ahora de explicar más detalladamente los inconvenientes que presenta la utilización de este producto en los motores diesel.

El biodiésel puro o B100 tiene propiedades físicas y químicas similares a las del diesel del petróleo, y por lo tanto puede ser utilizado en los motores diesel actuales con poca o ninguna modificación. Entonces, ¿por qué se suele utilizar el diesel como aditivo (en porcentajes menores al 30%), siendo el B100 claramente menos contaminante que cualquier mezcla?

Ocurre que el B100, a pesar de cumplir las garantías técnicas de calidad que en teoría nos aseguran el buen funcionamiento del motor en todo momento, presenta una serie de propiedades, que dependiendo de la edad del vehículo, las condiciones climáticas donde debe ser utilizado, etc, pueden convertirse en inconvenientes a tener en cuenta. Esa serie de propiedades son las siguientes:

· Es un buen solvente:

Si se incorpora a un motor que anteriormente usaba diesel, el B100 puede disolver con el tiempo sedimentos dejados por el combustible anterior, estos sedimentos pasarían al flujo pudiendo taponar el filtro u obstruir algún conducto del motor. Por ello se hace necesaria una limpieza de la zonas de almacenamiento y conducción del combustible antes de pasar a la utilización exclusiva del B100 en nuestro motor.

· Mayor punto de fusión que el diesel:

El biodiésel se congela antes que el diesel convencional, el biodiésel a bajas temperaturas (cercanas a los 0 grados centígrados) se espesa y forma cristales sólidos que bloquean los conductos del combustible, la viscosidad del combustible en general aumenta, pudiendo causar problemas en las bombas y sistemas de inyección. Todo esto significa que a temperaturas bajas, los motores con B100 pueden presentar serias dificultadas para arrancar, al ser este producto puro biodiésel. Esta característica ha de tenerse muy en cuenta en países con climas fríos.

· Contenido energético menor:

El B100 es ligeramente menos energético que el diesel, esto implica un consumo algo mayor y ciertas pérdidas de potencia del motor en su utilización

· Incompatibilidad con ciertos materiales:

Este punto ya fue desarrollado por nuestra compañera hace 3 días.

Estos pequeños inconvenientes del B100, se reducen prácticamente al mínimo al utilizar el biodiésel de forma aditiva, en porcentajes menores al 30%. Por ello aun es más ventajoso utilizar mezclas diesel-biodiésel para nuestros motores.