PRODUCCIÓN DE BIODIESEL COMBUSTIBLE AUTOMOTRIZ A PARTIR DE ACEITES VEGETALES

Descripción
El biodiesel es un combustible liquido muy similar en propiedades al aceite diesel, pero obtenido a partir de productos renovables, como son los aceites vegetales y las grasas animales.

Comúnmente se refiere como biodiesel al éster producido en la transesterificación de un aceite vegetal (mezclas de triglicéridos de diferentes ácidos grasos), con un alcohol (generalmente etanol ó metanol), utilizándose como catalizador NaOH ó KOH.

En Europa, el biodiesel es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de canola (también conocida como colza o rapeseed) y el metanol, denominado comercialmente como RME (Rapeseed Methyl Ester), el cual es utilizado en las máquinas diesel puro o mezclado con aceite diesel, en proporciones que van desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usa puro para máximo beneficio ambiental.

Además de la colza, en los últimos años se ha producido biodiesel a partir de soya, girasol y palma, siendo esta última la principal fuente vegetal utilizada en Malasia para la producción de biodiesel PME y PEE (Palm Methyl Ester y Palm Ethyl Ester).

El biodiesel puro es biodegradable, no tóxico y esencialmente libre de azufre y compuestos aromáticos, sin importar significativamente el alcohol y el aceite vegetal que se utilice en la transesterificación.

El uso por primera vez de aceites vegetales como combustibles, se remontan al año de 1900, siendo Rudolph Diesel, quien lo utilizara por primera vez en su motor de ignición - compresión y quien predijera el uso futuro de biocombustibles.

Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles, se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobre diesel de origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel se desarrolló de forma significativa a raíz de la crisis energética que se sucedía en el momento, y al elevado costo del petró1eo alcanzado como consecuencia de los factores políticos existentes.

Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la primera planta piloto productora de RME. Hoy en día países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción, ensayo y uso de biodiesel en automóviles. En su producción se destacan instituciones como: BDP (Bioenergy Development Program of Canadá), PORIM (Palm Oil Research Institute of Malasia), COPERATIVE ASPERHOFEN - Austria y CENPES/DIPROD del Brasil; en investigación y ensayo son lideres las universidades de Missouri, Iowa, Illinois e Idaho en los Estados Unidos, Saskatchewan en Canadá, Göttingen en Alemania y Graz en Austria, además de las instituciones: NBB (National Biodiesel Board), DOE (US Department of Energy), USB (United Soybean Board) y FPRF (Fats and Proteins Research Foundation).

En complemento de los comentarios anteriores es importante observar quienes son los productores de biodiesel del mundo en la siguiente tabla.


Producción de biodiesel en el mundo en miles de toneladas métricas al año:

 

Capacidad / 96

Producción / 95

Proyectos

Total / 97

Austria

29

21

30

29

Bélgica

110

40

0

80

Francia

335

140

100

265

Alemania

291

83

0

77

Gran Bretaña

2

2

0

2

Italia

196

240

0

125

Suecia

11

10

0

8

DK, Irlanda

1

1

33

2

Total EU - 15

759

537

130

588

Checoslovaquia

58

40

0

32

Resto de Europa

19

10

5

18

U.S.A.

50

40

150

50

Canadá

2

2

100

2

Malasia

10

10

0

10

Total

898

639

385

700

Fuente: 2nd European Motor Biofuels Forum. Graz Austria. 22 - 24 Septiembre 1996.


Experiencias en otros países

En Europa
Aunque el biodiesel es ligeramente más barato que el diesel convencional en la estación de servicio, los agricultores que cultivan la colza reciben un subsidio de la Unión Europea. El biodiesel (más específicamente el rapeseed methyl ester o RME) es considerado como una opción obvia para la diversificación del combustible del sector transporte debido a las siguientes ventajas:

  1. El uso inmediato en cualquier motor diesel, generando un acceso rápido al mercado.
  2. El biodiesel es totalmente compatible con los sistemas de distribución del diesel.
  3. Ofrece un balance energético favorable.
  4. Por su alto contenido de oxígeno, disminuye significativamente las emisiones de contaminantes a la atmósfera.
  5. Es un producto no - tóxico y biodegradable.

En Italia
Que es uno de los países con más altos impuestos en combustibles, el biodiesel está libre de impuestos como paso lógico para penetrar más fácil al mercado.

En Francia
Mezclan 5% de aceite vegetal en el diesel directamente en los centros de producción del diesel y aunque el consumidor no nota las ventajas del nuevo producto, ésta estrategia evita la construcción separada de infraestructura costosa y así, grandes volúmenes pueden introducirse en el mercado. Las compañías líderes son: Elf, Shell y Total.

En Estados Unidos
Mezclan el 20% de metilester de soya con Diesel fósil, principalmente por razones de precio. La mezcla 80/20, junto con el uso de convertidores catalíticos, ha recibido recientemente certificación de la EPA para el programa de Buses Urbanos.

En Alemania y Austria
Dados los grandes beneficios del diesel, éste se comercializa puro, destacándose su sensibilidad ambiental protegiendo lagos, aguas subterráneas, bosques, etc. y menos contaminación, smog, etc. de taxis y buses en ciudades.

En Canadá
Las materias primas más utilizadas para la producción de Biodiesel son soya, colza y canola o rapeseed (una planta forrajera cuyas semillas proporcionan hasta 45% de aceite).


Principales Emisiones del Aceite Diesel

El aceite diesel o ACPM (Aceite Combustible Para Motores Diesel), es un destilado medio obtenido en la destilación atmosférica del petróleo crudo, en tal forma que su índice de cetano, el cual mide la calidad de ignición, sea de 45 como mínimo.

Las principales emisiones generadas por los sistemas de compresión - ignición (máquinas diesel), son :


Comparación Promediada de las Emisiones del Biodiesel Mezclado y el Aceite Diesel


Los estudios realizados para comparar las emisiones del biodiesel y el aceite diesel los llevaron a cabo la Universidad de Idaho y la compañía alemana Mercedes Benz en 1994. Los ensayos realizados fueron con mezclas al 20% de RME, PME y SBME, mientras que el combustible utilizado por la Mercedes Benz fue una mezcla al 20% de RME. De éstos estudios se concluyó lo siguiente: los niveles de hidrocarburos se pueden llegar a reducir con el biodiesel hasta en un 47%, el monóxido de carbono en un 12%, el dióxido de carbono en un 50%, las partículas o smoke en un 72% y los óxidos de azufre en un 99%; el estudio demostró en cambio que los óxidos de nitrógeno aumentaron hasta en un 6%, con el uso de biodiesel en comparación con el aceite diesel.

Emisiones Producidas par un auto Mercedes Benz cada 40.000 km recorridos, utilizándose como combustible RME al 20% y aceite diesel. (las emisiones del aceite diesel equivalen al 100%).


Comparación entre el biodiesel y el aceite diesel

Propiedades:
propiedades del biodiesel como la viscosidad y el flash point, dependen significativamente de la fuente vegetal utilizada para su producción y del alcohol que se utilice en la transesterificación. La siguiente tabla muestra valores promediados de las propiedades del biodiesel puro a partir de colza y de palma.

Comparación de Propiedades entre el Biodiesel y el Aceite Diesel

Propiedad

RME

REE

RME

Aceite Diesel

Calor de Combustión(BTU/Lb)

17506

17500

>17000

19652

Flash POINT (°F)

338

365

230

176

Punto de Niebla (°F)

26

30

-

7

Punto de Fluidez

6

-5

-

-18

Viscosidad (Cs)° 104 °F

5.7

6.1

4

3.51

Densidad (Lb/gal)° 70 °F

7.20

7.31

7.5

7.07

% en peso de Azufre

0.001

0.008

0.01

0.36

Fuente: Phoenix Chemical Lab, inc. Chicago USA. 1997.

Biodegradabilidad
Estudios de evolución de CO2 (test de biodegradabilidad), llevados a cabo por la Universidad de Idaho y la EPA, demostraron que el biodiesel puro RME, tiene un 84.4 % de biodegradabilidad, mientras que el aceite diesel presentó un 18.2 %.

Comparación del Desempeño del Biodiesel Mezclado, Frente al Aceite Diesel en Vehículos Pick Up:
Los ensayos realizados para evaluar el desempeño del biodiesel se llevaron a cabo en la Universidad de Saskatchewan en el año de 1993, en vehículos DODGE y FORD con motor diesel, utilizándose como combustible para la prueba una mezcla comercial compuesta por un 20% en volumen de biodiesel (RME) y un 80% en volumen de aceite diesel. Este porcentaje de mezcla fue escogido ya que estudios realizados anteriormente, demostraron que mezclas superiores al 20% en biodiesel, poseen un bajo índice de cetano, lo cual afecta considerablemente el encendido del motor, mientras que mezclas interiores en un 20% de biodiesel poseen un índice de cetano óptimo, pero su contribución a disminuir considerablemente el nivel de emisiones es poca. El combustible y el desempeño del motor se analizó cada tres mil millas obteniéndose los siguientes resultados.

Desempeño de la Mezcla de Biodiesel (RME) y Aceite Diesel

Test Realizado

Resultados

Ajustes al Vehículo de Prueba

Ninguno

Seguridad del Combustible

Baja Toxicidad - Bajo Riesgo de Explosión

Torque

Aproximadamente el mismo

Caballos de fuerza

Igual

Temperaturas generadas

Bajas

BTU/ Galón

128.000 Vs 130.500 del Aceite diesel

Indice de cetano

51 vs 45 del Aceite diesel

Lubricidad

Igual

Operabilidad en invierno

Igual

Viscosidad

Mayor

Fuente: Handbook of Analytical Methods for National Biodiesel Board. Canadá. 1993


Aunque los anteriores datos fueron obtenidos a partir de pruebas con RME, estudios recientes realizados por la Universidad de Missouri con biodiesel a partir de soya, girasol y palma (Soybean Methyl Bier, Sunflower Methyl Ester y Palm Methyl Ester), demostraron que la capacidad de carga del motor no se reduce en comparación con el aceite diesel, con lo cual se concluye que un amplio espectro de aceites vegetales podrían ser utilizados sin inconveniente alguno en la producción de biodiesel.


Proceso de producción del biodiesel


El biodiesel básicamente se obtiene de aceites vegetales, la mayoría de ellos de semillas de poca aplicación y/o utilización a escala industrial, buscando con ello la rentabilidad del proyecto. En Europa por ejemplo, el biodiesel es producido a partir del aceite de la canola, siendo ésta una especie de nabo, con un 40% de contenido de aceite, y cuya producción por área es medianamente alta (1.15 ton/hectárea). Dos son los pasos básicos que llevan a la producción del biodiesel, siendo el primero el de la extracción del aceite que, en el caso de la palma africana es realizado en la misma plantación. El aceite crudo es la materia prima para el proceso siguiente de transformacion en la planta de biodisel. .

Extracción del Aceite:
el aceite contenido en la semilla se puede extraer mecánicamente (compresión o simple trituración) o químicamente (solventes).
El primer método o extracción enfrío se basa en someter a presión la semilla por medio de un tornillo prensa, obteniéndose así un aceite de grado comercial (el cual posteriormente debe ser filtrado y blanqueado) y un bagazo denominado torta.
Para la extracción por solventes es necesario previamente triturar la semilla y adicionarle una sustancia que disuelva el aceite, para así separar éste posteriormente por calentamiento.
Para la producción de biodiesel, el método de extracción es el mecánico, ya que el aceite requerido es de grado comercial.

Transesterificación del Aceite:
El procedimiento mas común para la producción de biodiesel es la transesterificación. Para llevar a cabo esta reacción, se mezclan en un reactor el aceite de extraído y un alcohol (metanol ó etanol generalmente), en presencia de un catalizador alcalino(NaOH ó KOH).

ACEITE VEGETAL+

ETHANOL

ESTERS

+GLYCERINE

1 ton +

0.15 ton.

1.05 ton

+0.1 ton


Químicamente la transesterificación rompe la molécula del aceite vegetal crudo, convirtiéndose así en un metil alcohol éster o etil alcohol éster (según el alcohol utilizado), mas glicerina, muy utilizada en la industria farmacéutica.

RCOOH + 3R'OH <--> 3RCOOR'+ OH-CH 2-CH-OH-CH 2-OH

La glicerina se separa del éster por decantación, y este último se somete a un proceso de limpieza, para luego ser mezclado con el aceite diesel.