1. Reoil y el Biodiésel

Transcripción

1 1. Reoil y el Biodiésel El producto que REOIL produce a partir del aceite usado de cocina es el Pre TPO, que después se convierte en TPO y finalmente en biodiésel. La Transesterificación de un aceite vegetal fue conducida por primera vez en 1853 por los científicos E. Duffy y J. Patrick, mucho antes de que el primer motor a diesel fuera puesto en marcha. El primer motor modelo de Rudolf Diesel, de un cilindro de hierro de 3 metros con un volante de rueda en las base funciono con su propio poder en Augsburgo, Alemania el 10 de Agosto de En memoria de este evento, el 10 de Agosto ha sido declarado el día Internacional del biodiésel. Rudolf Diesel expuso su motor en la feria mundial de Paris, Francia en el año 1900, el cual gano el reconocimiento más alto, el premio Grand Prix. Este motor fue tomado como ejemplo de la visión de Rudolf Diesel ya que el mismo funcionaba con aceite de maní; este era un ejemplo de un biocombustible mas no biodiésel ya que no había sido transesterificado. Diesel siempre pensó que la utilización de un combustible proveniente de una masa biológica era el verdadero futuro de sus motores. 1

2 1.1 Rudolf Diésel Rudolf Christian Karl Diesel (París, 18 de marzo de 1858 Canal de la Mancha, 30 de septiembre de 1913) fue un ingeniero alemán inventor del motor de combustión de alto rendimiento que lleva su nombre, el motor diésel. Motor aplicable a la locomoción, presentado en la feria internacional de París como el primer motor que usa aceite vegetal como combustible y posteriormente llamado "motor de combustión", que tomaría el nombre de su inventor. Hijo de inmigrantes bávaros, nació en París. En 1870 la familia tuvo que abandonar Francia al estallar la guerra francoprusiana, y Rudolf fue enviado a Augsburgo. Discípulo del inventor de la nevera Carl von Linde a partir de 1875 en Múnich. Regresó a París como representante de la empresa de máquinas frigoríficas de su maestro. Entre 1893 y 1897 construyó en MAN (perteneciente al grupo Krupp) el primer motor del mundo que quemaba aceite vegetal (aceite de palma) en condiciones de trabajo. El Instituto de Ingenieros Mecánicos le concedió la Orden del Mérito por sus investigaciones y desarrollos sobre los motores con aceite de cacahuete, posteriormente usaron petróleo por ser más barato. Se consideraba a sí mismo como un filósofo social, aunque su libro Solidarity, donde describe su visión de la empresa, sólo vendió 200 ejemplares. Se supone que murió la noche del 29 al 30 de septiembre de 1913 y se supone que ahogado, pues desapareció del buque que cubría el trayecto de Amberes a Inglaterra en el que viajaba. Un par de días después su cuerpo fue encontrado por un bote de la guardia costera. Como era lo común en ese entonces, sólo se tomaron sus pertenencias (identificadas posteriormente por su hijo) y el cuerpo fue arrojado de nuevo al mar. Se manejan varias hipótesis sobre su muerte, la primera indica que se suicidó en vista de encontrarse en quiebra, aunque su familia creyó que fue asesinado y sus ideas robadas. Otra hipótesis indica que agentes alemanes lo asesinaron para evitar la difusión de sus inventos, en vista de que la guerra se encontraba cercana y él estaba decidido a permitir que cualquiera (Francia e Inglaterra entre ellos) comprara licencias sobre sus patentes. 2

3 2. El Motor Diésel Rudolf Diesel diseño muchos motores de calor, incluyendo un motor de aire a base de energía solar. Es 1893, publicó un documento en el que describía una máquina con combustión dentro de un cilindro, la máquina de combustión interna. En 1894, aplicó para patentar su nuevo invento, llamado el motor Diesel. Rudolf Diesel casi es muerto por su propio invento, cuando un modelo de su motor explotó. No obstante, su motor fue el primero en demostrar que el combustible puede presentar ignición sin una chispa. Su motor operó con éxito en En 1898, se concedió a Rudolf Diésel, en los EE UU, la patente número 608,845 para el motor de combustión interna, el motor de Diésel. 2.1 La Visión El motor diesel puede ser alimentado con aceites vegetales y ayudara considerablemente al desarrollo de la agricultura de los países que lo utilicen. Rudolf Diesel, El uso de aceite de plantas como combustible puede parecer insignificante hoy. Pero este tipo de productos pueden, con el tiempo, convertirse en algo tan importante como el keroseno y los productos de alquitrán de carbón de hoy. Palabras de Rudolf Diésel en su aplicación de patente para el motor de combustión interna que lleva su nombre y en un discurso en Las declaraciones de Diesel se están haciendo realidad y esta en nosotros consolidar tales ideas en el siglo Qué es el Biodiésel? La producción del biodiésel, o los ésteres alkilinos, es bien conocida. Hay tres rutas básicas para la producción del éster con aceites y grasas: Transesterificación base, catalizando el aceite con alcohol. Ácido directo, esterificación catalizando el aceite con metanol. Conversión del aceite a ácidos grasos, y después a los ésteres alkilinos, con catálisis ácida. 3

4 En la mayoría de los ésteres alkilinos producidos hoy se utiliza la Transesterificación base, porque es la más económica por varias razones: Baja temperatura (150 F) y presión en el proceso (20 PSI). Alta conversión (el 98%) con reacciones y tiempo de reacción laterales mínimos. Conversión directa al éster metílico sin pasos intermedios. No se necesitan materiales ni materias primas exóticas. El proceso general es una grasa o un aceite que reacciona con un alcohol, como el metanol, en presencia de un catalizador, para producir la glicerina y los ésteres metílicos o biodiésel. El metanol se agrega en exceso para asistir a la conversión rápida y es recuperado para su reutilización. El catalizador es generalmente el hidróxido de sodio o de potasio, que se ha mezclado previamente con el metanol. 2.3 Propiedades del biodiésel Los motores diésel de hoy requieren un combustible estable, que se queme limpiamente y que tenga un buen desempeño bajo una variedad de condiciones de operación. El biodiésel es el único combustible alternativo que se puede utilizar directamente en cualquier motor diésel existen sin casi modificación alguna. Ya que tiene características similares al combustible diésel del petróleo, el biodiésel se puede mezclar en cualquier proporción con el combustible fósil. Las bajas emisiones del biodiésel lo hacen un combustible ideal para el uso en áreas marinas, los parques y los bosques nacionales, y las ciudades pesadamente contaminadas. Al biodiésel puro o 100% Biodiésel se le llama B100 o combustible limpio. Una mezcla es biodiésel puro combinado con diésel de petróleo. Las mezclas se designan de acuerdo al porcentaje de biodiésel como Bxx. La xx indica la cantidad de biodiésel (Vg. una mezcla B20 tiene 20% de biodiésel y 80% de diésel de petróleo) Hay que asegurarse que el biodiésel limpio cumpla con las especificaciones antes de mezclarlo con diésel fósil. La especificación para el biodiésel se diseña para asegurar que los consumidores no experimentarán problemas operacionales con el uso del combustible. 2.4 Cambios y mantenimiento en motores El biodiésel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiésel, especialmente en motores muy antiguos. Cuando se comienza a usar biodiésel, hay que comprobar los filtros y sistema de combustible, ya que éste tiene características que lo hacen un solvente excelente. En algunos casos el uso del diésel de petróleo, y especialmente diésel fósil #2 (no se ha observado con el #1), deja un depósito en el fondo de los tanques de combustible, líneas que aprovisionamiento y sistemas de entrega. El uso del biodiésel puede disolver este sedimento y resultar en la necesidad de cambiar los filtros con más frecuencia cuando se una biodiésel o mezclas de biodiésel las primeras veces, hasta que el sistema entero ha sido limpiado de los sedimentos. Se ha observado el mismo fenómeno al cambiar de diésel fósil #2 al #1. 4

5 Las propiedades de punto de congelamiento del biodiésel hacen que se deban tomar las mismas precauciones que cuando se utiliza diésel de petróleo #2 en climas fríos. Una mezcla de 20% de biodiésel con el diésel de petróleo, baja las características de congelamiento aproximadamente de 3 a 5 F (punto de vertido, punto de nebulización, punto de tapado del filtro en frío). En la mayoría de los casos, esto no representa un problema. Las mezclas de biodiésel al 20% se han utilizado en el área norte de Wisconsin y en Iowa en temperaturas de -25 F sin problemas. La solución al problemas del operabilidad del biodiésel en invierno son las mismas usadas con el diésel de petróleo convencional #2 (se usa un aditivo que reduce el punto de vertido, se mezcla con diésel #1, se utilizan resistencias para el bloque de motor o calentadores de los filtros de combustible del motor, se estacionan los vehículos cerca o dentro de un edificio, etc.). El biodiésel puro comenzará a congelarse aproximadamente 25 F y, si está almacenado, necesita ser mantenido un área que no baje de esa temperatura. La mayoría de los tanques de almacenamiento subterráneo están a 50 F y no representan problema alguno. Cuando se usa biodiésel, hay que tener precaución con superficies pintadas dado que, como se mencionó antes, el biodiésel es un excelente solvente. Si se lo deja durante el suficiente tiempo, puede disolver ciertos tipos de pintura. El biodiésel debe usarse en el plazo de un año. Todos los combustibles, incluyendo el diésel de petróleo #2 y #1, tienen una vida útil. Esto también es verdad para el biodiésel y las mezclas del biodiésel. Los expertos de la industria recomiendan que el biodiésel se utilice en el plazo de un año, para asegurarse de que la calidad del combustible sea óptima. El tiempo de almacenaje no afecta la logística de la producción de biodiésel dada la logística de distribución. Biodiésel no se almacena generalmente por períodos del tiempo largos. Los niveles y las tarifas de la producción se establecen para resolver la demanda (con métodos similares al just in time para manejo de inventarios). Esto es una ventaja que gozan los combustibles renovables, como el biodiésel, y que no pueden compartir sus contrapartes de combustible fósil. 2.5 Emisiones Contaminantes El biodiésel es el primer y único combustible alternativo que ha tenido una evaluación completa de emisiones y efectos potenciales sobre la salud, realizada por la Agencia de Protección del Medio ambiente (EPA) EE UU, bajo sección la 211 (b) de la Ley de Aire Limpio. Esta evaluación incluyó las pruebas más rigurosas para emisiones bajo los protocolos e3 prueba siempre requeridos por la EPA para la certificación de combustibles o de añadidos a combustible en los EE UU. Los datos que se recolectaron a través de estas pruebas crearon el inventario más cuidadoso de los efectos en el medio ambiente y la salud humana que la tecnología actual permite. Un resumen de los resultados se presenta a continuación: 5

6 2.6 Emisiones de Biodiésel comparadas con el Diésel convencional El potencial de ozono total (smog) del biodiésel es menor que el del diésel fósil. El ozono, que se forma a partir del potencial de hidrocarburos aromáticos es casi 50% menor. Las emisiones de sulfuro prácticamente se eliminan con el biodiésel puro. Las emisiones de extractos de óxidos y sulfatos (componente importante del sulfuro de la lluvia ácida) del biodiésel fueron esencialmente eliminadas en comparación con los óxidos y sulfatos del diésel fósil. Los agentes contaminadores relevantes se reducen con uso del biodiésel. El uso de B100 en un motor diésel sin modificar de Cummins N14, dio lugar a reducciones substanciales de hidrocarburos no quemados, de monóxido de carbono, y de partículas de materia. Las emisiones de los óxidos nitrosos aumentaron levemente. Monóxido de carbono -- Las emisiones de monóxido de carbono (un gas venenoso) con biodiésel son 50 por ciento más bajas que emisiones del monóxido de carbono del diésel. Partículas de materia -- El respirar partículas ha demostrado para ser un peligro para la salud de ser humano. Las emisiones de partículas de la materia del escape de un motor que usa biodiésel son cabalmente 30% más bajas que usando diésel fósil. Hidrocarburos -- Las emisiones de hidrocarburos totales (un factor que contribuye en la formación localizada de smog y del ozono a nivel de piso) en el escape fueron 93% más bajo para el biodiésel que para el diésel de petróleo. Óxidos de Nitrógeno Las emisiones de NOx del biodiésel aumentan o disminuyen dependiendo de la familia del motor que lo usa y de los métodos de prueba. Las emisiones de NOx (un factor que contribuye en la formación localizada de smog y del ozono a nivel de suelo) ) en biodiésel 100% puro aumentaron de esta prueba en un 13%. Sin embargo, la no presencia de sulfuro en el biodiésel, permite el uso de las tecnologías del control de NOx que no se pueden utilizar con el diésel convencional. Así pues, las emisiones de NOx del biodiésel se pueden manejar con eficacia y eliminar eficientemente, para no ser una preocupación por el uso de este combustible. 6

7 3. Qué son los óxidos nitrosos? Los óxidos nitrosos o NOx, es el término genérico que designa un grupo de gases altamente reactivos, que contienen nitrógeno y oxígeno en cantidades variables. Muchos de los óxidos nitrosos son incoloros e inodoros. Sin embargo, un agente contaminador común, el dióxido del nitrógeno (NO2) junto con partículas en el aire se puede verse a menudo como la capa rojiza sobre muchas áreas urbanas. Los óxidos del nitrógeno se forman cuando el combustible se quema a temperaturas altas, como en un proceso de la combustión. Las fuentes primarias de NOx son vehículos de motor, instalaciones de generación eléctrica, y otras fuentes industriales, comerciales, y residenciales en las que se queman combustibles. 3.1 Características de los óxidos nitrosos Es uno de los principales agentes implicados en la formación de ozono a nivel tierra, que puede provocar problemas respiratorios serios. Reacciona a las partículas del nitrato en la forma de aerosoles ácidos, así como al NO2, que también causan problemas respiratorios. Contribuye a la formación de la lluvia ácida. Contribuye a la sobrecarga de nutrientes que deteriora calidad del agua. Contribuye a la formación de partículas atmosféricas, que generan la debilitación de la visibilidad, muy presente en parques nacionales. Reacciona a los productos químicos tóxicos. Contribuye al calentamiento global. El NOx y los agentes contaminadores formados por el NOx pueden recorrer largas distancias, siguiendo los patrones de vientos predominantes. Esto significa que los problemas asociados al NOx no están confinados a las áreas donde se emite el NOx. Por lo tanto, el control del NOx es a menudo más eficaz si se realiza desde una perspectiva regional, más que cuando se centrarse en el control de un área local. 3.2 Cómo se puede retirar el óxido nitroso del medio ambiente? La Reducción Catalítica Selectiva (SCR), es un método probado y efectivo para reducir los óxidos nitrosos, que son un contaminante del aire asociado a la generación de energía. 3.3 Cómo funciona el SCR? Los sistemas SCR trabajan de manera similar a un convertidor catalítico, que trabaja para reducir las emisiones de los automóviles. Antes de que los gas del escape salgan a la atmósfera, pasan a través del sistema SCR donde el anhídrido de amoníaco reacciona con el óxido del nitrógeno que van encima de la chimenea, y lo convierte al nitrógeno. Información ambiental y de seguridad 7

8 4. Información ambiental y de seguridad Tasas Tóxicas orales severas El biodiesel no es tóxico. La dosis letal oral severa es mayos a 17.4 g/kg de peso corporal. En comparación, la sal de mesa (NaCL) es casi 10 veces más tóxica. Irritación en la piel humana La prueba en piel humana, con un parche de biodiesel no diluido durante 24 horas, produjo la irritación muy suave. La irritación era menor a la producida por soluciones de agua con jabón al 4%. Toxicidad Acuática Una concentración letal de 96 horas de ésteres metílicos de grado biodiesel fue mayor que 1000 mg/l. Las concentraciones mortales en estos niveles generalmente se juzgan insignificantes según pautas de NIOSH (instituto nacional para la seguridad y la salud ocupacionales de los EE UU) en su Registro de los efectos tóxicos de sustancias químicas. Biodegradabilidad El biodiesel se degrada cerca de cuatro veces más rápidamente que el diesel de petróleo. En el plazo de 28 días, el biodiesel puro se degrada de 85 a 88 por ciento en agua. La dextrosa (una azúcar usada en la prueba como sustancia de control positiva al probar biodegradabilidad) se degradó a la misma tasa. Cuando el biodiesel se mezcla con el combustible diesel de petróleo, el primero acelera la biodegradabilidad de la mezcla. Punto de Ignición El punto de destello o ignición de un combustible se define como la temperatura en la cual se encenderá cuando esté expuesto a una chispa o flama. El punto de destello del biodiesel está sobre 125 centígrado, muy por encima del punto de destello del combustible diesel de petróleo, que es alrededor de 58 centígrados. Las pruebas han demostrado que el punto de destello aumenta también en las mezclas de biodiesel conforme se incrementa el contenido porcentual del biodiesel. Por lo tanto, el biodiesel y las mezclas de biodiesel con diesel de petróleo son más seguras de almacenar, manipular y utilizar que el combustible diesel convencional. Vehículo / Tipo de Flotilla MEV MPG GTU (%) Petróleo desplazado por el Combustible alternativo TGD Vehículo ligero de transporte de pasajeros (E85) 8, % 283 Camión Ligero (B20) 16, ,025 20% 205 Camión semi pesado (B20) ,050 20% 410 Camión Pesado (B20) , % 547 Autobús Escolar (B20) ,000 20% 200 Autobús Urbano (B20) ,300 20% 1,660 MEV = Millas del vehículo GTU = Galones totales usados MPG = Millas por galón TDG = Total galones desplazados 8

9 5. Comportamiento del Biodiésel Los combustibles alternativos exitosos satisfacen las necesidades ambientales y de seguridad energética, sin sacrificar el comportamiento operativo. Operacionalmente, el biodiésel se comporta en forma muy similar al diésel de petróleo poco sulfuroso en términos de energía, torque, y combustible sin la necesidad de modificaciones importante en motores o infraestructura. El biodiésel ofrece potencia similar al combustible diésel fósil. Una de las ventajas principales del biodiésel es el hecho de que puede ser utilizado en motores y con el equipo de inyección de combustible existente, con poco impacto en la operatividad de funcionamiento. El biodiésel tiene un número de cetano más alto que el combustible diésel fósil. En más de 15 millones de millas recorridas con consumo de biodiésel en las demostraciones de campo, éste muestra los mismos caballos de fuerza, esfuerzo de torsión y capacidad de arrastre que el combustible diésel convencional. El biodiésel posibilita una mejora significativa en la lubricidad comparado con el combustible diésel de petróleo. Los resultados de la lubricidad del biodiésel y diésel de petróleo, usando métodos de prueba de la industria, indican que hay una mejoría marcada en la lubricidad cuando el biodiésel se agrega al combustible diésel convencional. Incluso los niveles del biodiésel por debajo de 1% pueden proporcionar hasta un aumento de 30% en la lubricidad. 5.1 Compatibilidad del Biodiésel con los componentes de los motores El biodiésel generalmente ablandará y degradará ciertos tipos elastómeros y en un cierto lapso también los compuestos del caucho natural. Usar mezclas altas o biodiésel al 100% puede afectar los componentes del sistema de carburación (los sellos sobre todo de combustible de las mangueras y del surtidor), que contengan los compuestos del elastómeros incompatibles con el biodiésel. Los fabricantes recomiendan que el caucho natural o las gomas butílicas no entren en contacto con el biodiésel puro. El biodiésel degradará estos materiales en un cierto plazo, aunque el efecto se disminuye con mezclas de biodiésel con diésel fósil. Si un sistema de carburación contiene estos materiales y se desea usar biodiésel puro, se recomienda reemplazar los elastómeros por otros de compuestos compatibles. El cambio reciente en los EE UU a diésel fósil poco sulfuroso ha motivado a muchos operadores a reemplazar los componentes por los convenientes para el uso el biodiésel. Cada usuario debe consultar con el fabricante del motor para información específica. 5.2 Biodiésel en climas fríos El clima frío puede nubolizar e incluso gelatinizar cualquier combustible diésel, incluyendo el biodiésel. Los usuarios de B20 tendrán una disminución de las propiedades del flujo frío (punto de tapado del filtro por frío, punto de nubolización, punto de vertido) de aproximadamente 3 a 5 Fahrenheit. Las precauciones más allá de las empleadas ya para el diésel del petróleo no son necesarias para cargar combustible con B20. Sin embargo, el B100 se gelatinizará más rápidamente que el diésel fósil en características de operaciones en clima frío. Las soluciones para la operación en invierno con biodiésel son muy parecidas que las que se usan con el diésel de petróleo poco sulfuroso #2 (es decir, mezcla con el diésel #1, uso calentadores de combustible, y el almacenaje del vehículo dentro o cerca de un edificio). 9