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1 El biodiésel en la historia El biodiésel se obtiene por medio del proceso de transesterificación, también llamada alcohólisis, que es la reacción de una grasa o aceite con un alcohol (metanol o etanol) para formar ésteres y glicerol. Estos ésteres son conocidos como biodiésel. El proceso de transesterificación permite que el biodiésel sea apto para su uso en motores diésel. El biodiésel es un combustible limpio, biodegradable, no tóxico, renovable, que no contiene azufre y no necesita que se hagan adaptaciones al motor diésel convencional (Berrios y Skelton, 2008). Rudolf Diesel presentó el prototipo del motor diesel en 1900 en la Exposición Mundial de París Sabías que se puede obtener bodiésel de la higuerilla?. La utilización de los biocombustibles líquidos (combustibles que provienen de la biomasa), entre ellos el biodiésel, es tan antigua como la de combustibles de origen fósil y de los motores de combustión. ace más de 100 años Rudolf Diesel diseñó el prototipo del motor que lleva su nombre y lo presentó en la Exposición Mundial de París (1900); ya estaba 8

2 previsto que funcionara con aceites vegetales. De hecho, las primeras pruebas se hicieron con aceite de cacahuate. uando el petróleo irrumpió en el mercado, éste era barato y de fácil disponibilidad. Ello determinó que uno de sus derivados, el gasóleo, rápidamente se convirtiera en el combustible más utilizado en el motor diésel (García Ongallo et al., 2008). El uso de biocombustibles es tan antiguo como el de combustibles de origen fósil La crisis de los recursos petrolíferos de los años setenta, los ochenta y principios de los noventa, así como la búsqueda de la seguridad energética, y más recientemente los problemas ambientales como la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que propician el calentamiento global, han sido los motores principales de la producción y uso de los biocombustibles, y del biodiésel en particular. El consumo de gasolina y diésel es una de las fuentes de emisiones de. 9

3 Quién fue hristian Karl Diesel? Rudolf hristian Karl Diesel (París, 1858-anal de la Mancha, 1913) fue un ingeniero alemán que vivió en París hasta 1870, fecha en que, tras el estallido de la guerra franco-prusiana, su familia fue deportada a Inglaterra. Desde Londres fue enviado a Augsburgo, donde continuó con su formación académica hasta ingresar en la Technische ochschule de Munich, donde estudió ingeniería bajo la tutela de arl von Linde. En 1880 se unió a la empresa que Von Linde poseía en París. Rudolf hristian Karl Diesel concibió una idea que revolucionaría el mundo del transporte Diesel fue visto por última vez viajando a Londres, Inglaterra. Su primera preocupación en materia de motores fue el desarrollo de un motor de combustión interna cuyo rendimiento energético se aproximara lo máximo posible al rendimiento teórico de la máquina ideal propuesta por arnot. En 1890, año en que se trasladó a Berlín para ocupar un nuevo cargo en la empresa de Von Linde, concibió la idea que a la 10

4 postre se traduciría en el motor que lleva su nombre. Obtuvo la patente alemana de su diseño en 1892, y un año después publicó, con el título Theorie und Konstruktion eines rationellen Wäremotors, una detallada descripción de su motor. on el patrocinio de la Maschinenfabrik Augsburg y de las industrias Krupp, Diesel produjo una serie de modelos cada vez más eficientes que culminó en 1897 con la presentación de un motor de cuatro tiempos capaz de desarrollar una potencia de 25 caballos de vapor. La alta eficiencia de los motores Diesel, unida a un diseño relativamente sencillo, se tradujo rápidamente en un gran éxito comercial. Diesel se incorporó a la empresa de Von Linde en 1890 Diesel se distinguió también como sociólogo, lingüista y experto en arte. Fue visto por última vez en la cubierta del vapor Dresden en ruta hacia el Reino Unido a través del anal de la Mancha, por lo que se asumió su fallecimiento en alta mar a causa de un accidente el 29 de septiembre de Rudolf hristian Karl Diesel. on el tiempo los motores de diésel se hicieron más compactos. 11

5 La química y el biodiésel Ácido graso Ácido graso Ácido graso Triglicérido Un triglicérido es una molécula de aceite con tres ácidos grasos adheridos a un glicerol. Glicerina O O O Los ácidos grasos son reemplazados por alcoholes formando una molécula de glicerina. Lo que sigue es un breve resumen de la química detrás de la producción del biodiésel. Entender bien las varias reacciones químicas nos dará una mejor idea de los productos a obtener. ada molécula de aceite, o cualquier forma de grasa, consiste de una molécula de glicerina añadida a tres ácidos grasos por medio de un grupo de esteres, llamado triglicérido. La palma africana contiene ácido palmítico y el aceite de soya tiene ácido oleico Muchas veces se pueden encontrar moléculas de glicerina pegadas a sólo uno o dos ácidos grasos; éstos son llamados diglicéridos y monoglicéridos. También existen ácidos grasos que no están pegados a una molécula de glicerina, a éstos se les llama ácidos grasos libres (ffa, por sus siglas en ingles). Las grasas están compuestas de varios tipos de ácidos grasos. Por ejemplo, la palma africana contiene ácido palmítico, mientras que el aceite de soya tiene ácido oleico. 12

6 Nombre del ácido Notación Fórmula molecular ácido láurico 12: ácido mirístico 14: ácido palmítico 16: ácido esteárico 18: ácido oleico 18: ácido linoleico 18: ácido arachídico 20: ácido behénico 22: ácido erueico 22: O O Fórmula desarrollada y modelo molecular 3D del ácido oleico. 3 ácido oleico La reacción del biodiésel ocurre cuando el alcohol reemplaza a uno de los grupos de ésteres en la glicerina, convirtiendo un triglicérido en un diglicérido y una molécula de biodiésel. Este tipo de reacción, donde un alcohol sustituye a un ester, se llama transesterificación. La reacción continúa al reemplazar en cada uno de los grupos alcoholes cada molécula de grasa en tres de biodiésel y una de glicerina. En condiciones normales, esta reacción ocurre muy despacio. Para dar paso a una reacción más rápida, se necesita calor y un catalizador. La reacción puede ser catalizada por un ácido o una base. El método más común usa el hidróxido de sodio (NaO) o el hidróxido de potasio (KO). Puedes encontrar ácido palmítico en la palma africana. 13

7 R R R O O O O O O TRIGLIÉRIDO 2 catalizador O O 3 R O METANOL R= depende del tipo de ácido graso BIODIÉSEL (éster metílico) 2 O 2 O 2 O GLIEROL (subproducto) Reacciones secundarias En conjunto con la deseada reacción del biodiésel, hay muchas más reacciones que pueden ocurrir con varios contaminantes en el aceite. Los contaminantes en el aceite, ya sea agua o ffa, pueden producir efectos no deseados, siendo uno de éstos el jabón. NaO y KO reaccionan con el agua y los ácidos grasos libres para producir jabón. Dado que demasiado jabón en el biodiésel puede producir una emulsión, un paso importante en la producción del biodiésel es asegurarse de que la cantidad de agua es lo suficientemente baja como para evitar la producción de jabones. El agua y los ácidos grasos libres en el biodiésel producen jabón. Selección de reactivos Alcoholes. El metanol y el etanol pueden ser usados para producir el biodiésel; aunque el etanol es mucho menos tóxico que el metanol, tiene que ser usado en su forma pura, totalmente deshidratada, la cual es más cara de obtener. La reacción con el metanol no requiere tanto secado; siempre es mejor usar el aceite lo más seco posible, pero un poco de agua no arruinará la reacción; tal vez resulte en una mayor producción de jabón y posiblemente retarde la reacción un poco, pero aún es posible producir biodiésel de buena calidad. 14

8 Elementos cáusticos. El NaO, también conocido como sosa cáustica, es más barato y generalmente más fácil de conseguir. El KO, también conocido como potasa cáustica, tiene varias ventajas. Una de ellas es que se disuelve más fácilmente en el metanol. Otra es que el producto secundario, el glicerol, es menos tóxico al desechar, dado que el potasio es un nutriente para la tierra, mientras el sodio en su forma cáustica es tóxico para la misma. El biodiésel puede ser producido a partir del etanol y el metanol, de los cuales el etanol es el menos tóxico Imagen de una explosión de sodio en contacto con agua. La glicerina derivada de la potasa también se mantiene líquida, aun en temperaturas frías, mientras que la glicerina derivada de la sosa se solidifica muy pronto y es casi imposible de drenar. Finalmente, la potasa cáustica es más tolerante hacia el contenido de agua. El metanol y etanol pueden ser usados para producir el biodiésel. 15

9 La reacción estándar del biodiésel se lleva a cabo a unos 55 º. Tiempos y temperaturas de procesamiento La reacción estándar del biodiésel se lleva a cabo a unos 55 º, y es mezclada por lo menos durante una hora. El calor adicional ayuda a que la reacción proceda más rápido. Sin embargo, es importante no llevar la reacción a una temperatura tan alta que cause que el metanol se evapore, a menos que la reacción se lleve a cabo en un recipiente seguro. La mayoría de los productores caseros dejan que el proceso de reacción tome más tiempo para estar seguros de tener una reacción completa. 16

10 azlo tú! En esta sección te enseñaremos un procedimiento sencillo para producir biodiésel a partir de aceite virgen. Materiales Equipo de seguridad: bata, guantes, lentes y máscara facial. Reactivos: aceite de cocina (virgen) y metanol. atalizador: hidróxido de sodio (sosa). Termoagitador con un vaso de precipitado y mezclador (puedes reemplazarlo por una licuadora). Báscula. Matraz (equivalente a una jarra medidora). Importante Debes tener mucho cuidado porque el metanol es tóxico y el hidróxido de sodio (sosa) es corrosivo. Procedimiento 1. Vierte el aceite en el contenedor. NOTA: Para un litro de aceite se utilizan 200 ml de metanol y 3.5 g de sosa. En este caso se utilizaron 17

11 800 ml por el tamaño del contenedor. Si el contenedor es mayor a un litro o menor se pueden ajustar las concentraciones con una simple regla de 3. Para este ejemplo se utilizan 800 ml de aceite. Entonces: 1 litro de aceite 200 ml de metanol 800 ml de aceite x x = 800 ml de aceite 200 ml de metanol 1 litro de aceite o 1000 ml de aceite Primero, vierte el aceite en el contenedor. x = 160 ml de metanol 1 litro de aceite 3.5 g de sosa 800 ml de aceite x x = 800 ml de aceite 3.5 g de sosa 1 litro de aceite o 1000 ml de aceite x = 2.8 g de sosa 2. El aceite se agita y se calienta entre 50 y 55 º. 3. Se mezclan el metanol y la sosa para formar el metóxido. La sosa se pesa y el metanol se mide, conforme a las cantidades necesarias. alienta el aceite. Pesa la sosa. 18

12 4. El metóxido se vierte en el aceite caliente; es necesario revisar que la temperatura no suba de 65 º porque el metanol se evapora, y que no baje de 50 º porque la reacción se suspende. Revisa la temperatura, que no suba de 65 º y que no baje de 50 º. 5. Se deja reaccionar la mezcla por una hora. La sosa y el metanol mezclados forman el metóxido. 19

13 6. Después de la hora se detiene el mezclado para que la mezcla repose y se separe en biodiésel (fase ligera) y glicerina (fase pesada). 7. Se separa la glicerina del biodiésel. 8. Es necesario retirar el metanol del biodiésel, ya que afecta su calidad. Para esto se calienta el biodiésel arriba de 65 º hasta que se evapore. Déjalo calentar hasta que deje de burbujear. Separa la glicerina del biodiésel. alienta. 20

14 9. Para finalizar, el biodiésel se tiene que lavar para retirarle los restos de impurezas como jabones, triglicéridos que no reaccionaron, glicerina, etc. Para el lavado, el biodiésel se mezcla con la mitad de su volumen de agua. Se agita y se deja que se separen. Un biodiésel de calidad no tiene problemas para separarse del agua. Se lava de dos a tres veces. 10. Se retira el agua del biodiésel y lo que queda, gracias a la magia de la química, está listo para ser usado en motores diésel únicamente. NOTA: Este procedimiento funciona sólo con aceites vírgenes (es decir, aquellos con una acidez menor al 3%). Sin embargo, no se asegura que el biodiésel producido cumpla con los estándares de calidad para motores a diésel. Mezcla el biodiésel con agua. Listo! az hecho biodiésel 21

15 Pará qué sirve el biodiésel? En México el diésel se utiliza tanto en el sector transporte como en el agropecuario. De toda la energía que consumimos en México, casi la mitad tiene que ver con el transporte (48%) (Sener, 2011). Se sabe que el petróleo ya se usaba desde hace unos 6000 años, aunque para fines muy diferentes a los actuales. En el pasado se usaba para pegar ladrillos y piedras o para engrasar pieles. Actualmente lo usamos como energético para satisfacer necesidades básicas (por ejemplo alimentación, salud) y no básicas (ver televisión). Desde que se descubrió que era posible obtener una variedad muy grande de productos con el petróleo, el ser humano pensó que éste, además de barato, era inagotable. En el pasado el petróleo se usaba para pegar ladrillos y piedras o para engrasar pieles El diésel se utiliza tanto en el sector transporte como en el agropecuario. La dependencia hacia los hidrocarburos es tal que, por ejemplo en México, un poco más del 90% de toda la energía que consumimos se produce con petróleo o derivados del mismo, siendo el sector 22

16 transporte el que más consume energía, con casi 50% del total. Dentro de este sector, los combustibles que prácticamente abarcan todo el consumo son la gasolina y el diésel. Según el balance energético de la Sener (2011), en 2010 el diésel ocupó el tercer lugar en el consumo energético del país, lo que representa una demanda aproximada de millones l/año. En México también se usa en el sector comercial, doméstico, industrial y en la agricultura para la generación de energía mecánica. Un poco más del 90% de la energía que consumimos se produce con petróleo Es en este contexto donde el biodiésel cobra importancia, ya que su principal aplicación es como sustituto total o parcial del diésel como combustible. El biodiésel puede usarse puro o mezclado en diferentes proporciones con el diésel, puesto que sus propiedades son muy similares; como ejemplo están las mezclas denominadas B2 (98% diésel, 2% biodiésel) y B5 (95% diésel, 5% biodiésel), y el B100 (biodiésel puro). Para la producción industrial del bio- El petróleo se ha usado desde hace más de años. 23

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