SINTETIZANDO BIODIESEL

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1 3 er CONCURSO REGIONAL DE PROYECTOS DE CIENCIAS Título del trabajo SINTETIZANDO BIODIESEL COMPONENTES GRUPO: CURSO: 3º ESO NOELIA GARCÍA MUÑOZ LUCÍA GÓMEZ LÓPEZ LIDIA MARTÍNEZ PICAZO GUILLERMO RODRÍGUEZ PEREGRINA PROFESORA RESPONSABLE: CONSUELO WIC BAENA IDENTIFICACIÓN DEL CENTRO: IESO VIA HERACLEA C/ PROGRESO s/n BALAZOTE- ALBACETE. Telf: PERSONA DE CONTACTO: Consuelo

2 Página 2 de 16 ÍNDICE ABSTRAC 3 INTRODUCCIÓN 5 OBJETIVOS.6 ANTECEDENTES...6 HIPÓTESIS 14 MATERIALES 16 PROCEDIMIENTO 16 RESULTADOS

3 Página 3 de 16 ABSTRAC El motivo de la realización de este trabajo surge a raíz del continuo bombardeo de información a la que nos vemos sometidos todos los días en todos los medios de comunicación, a cerca de la necesidad de crear nuevos combustibles que nos permitan mantener nuestra calidad de vida pero sin dañar nuestro planeta, es decir, lo que se conoce con el nombre de sostenibilidad. Ante esto decidimos aportar nuestro granito de arena reciclando aceites de freiduría (obtenidos de un bar del pueblo) y obteniendo biodiesel. Nos pusimos manos a la obra, y en primer lugar buscamos información bibliográfico de cual era el proceso para obtener biodiesel a partir de aceites de freidurías. Es proceso era simplemente una reacción de esterificación, pero nos planteamos; lo que en el papel es fácil, será difícil de conseguir en la práctica?. Se realizó el proceso en el laboratorio y con pequeñas cantidades y de esta manera obteníamos un biodiesel. Por este motivos se nos ocurrió el poder diseñar (con un programa informático) una pequeña central de producción de biodiesel. Además en la búsqueda de información pudimos leer que la glicerina resultante como producto secundario, en este proceso, debería de tener otras utilidades además de en los cosméticos. Vimos que se plantea la posibilidad de usar para la producción de envases. Así nos planteamos de; esto por qué?. Encontramos un método y lo pusimos en práctica y realmente comprobamos que podíamos obtener un producto apto para envase pues se endurecía. ABSTRAC The reason for conducting this work arises out of the continuous bombardment of information that we are subjected every day in all media, about the need to develop new fuels that will enable us to maintain our quality of life but without damaging our planet, ie what is known as sustainability. Against this background we decided to contribute our bit by recycling oil Freiduría (obtained from a bar of the town) and getting biodiesel. We got to work, first and foremost look for bibliographic information on what was the process for obtaining biodiesel from oils Freiduría. It was simply a process of esterification reaction, but we ask, "what on paper is easy, is it difficult to achieve in practice." The process was conducted in the laboratory and in small quantities and thus getting a biodiesel. For this reason we had to design (with a software program) a small plant for the production of biodiesel. Besides the search for information that could read the resulting glycerine as a by-product in this process should have other utilities as well as in cosmetics. We saw that there is the possibility to use for the production of packaging. So we come from, why is this?. We found a method and put it into practice and actually found that we could obtain a product suitable for packaging as it was tightened.

4 Página 4 de 16 INTRODUCCIÓN La introducción de los BIOCARBURANTES en lugar de los combustibles fósiles tradicionales, presenta un gran potencial como fuente de abastecimiento para el sector del transporte por lo siguiente: 1. No produce alteraciones significativas en el mercado energético español. 2. No requiere la generación de grandes infraestructuras, ya que emplea maquinaria y logística existentes en la actualidad. 3. Mejora las posibilidades de autoabastecimiento energético en un marco regional. 4. Tiene importantes ventajas medioambientales al ser fuentes renovables no contaminantes; destacar entre estas: a. Muy bajo contenido de azufre y cloro b. Muy bajo contenido de partículas de gases de escape c. Ausencia de emisión de sulfuros d. Emisiones reducidas de contaminantes monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y óxidos de nitrógeno (NOx), respecto a los combustibles fósiles. e. Emisión neutra de dióxido de carbono (CO2), ya que las plantas en su crecimiento consumen la misma cantidad de CO2 que la emitida por el biocarburante. OBJETIVOS: Obtener biodiesel a partir de aceites vegetales y de freiduría para hacer mover la maqueta de un móvil, en este caso de un pequeño tren. Construir una maqueta, diseño ordenador, de la central productora y aplicadora de biodiesel Buscar aplicaciones del subproducto resultante, la glicerina. Tomar conciencia y concienciar a los compañeros de la necesidad de buscar energías alternativas donde se reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero.

5 Página 5 de 16 ANTECEDENTES Definiciones y especificaciones del biodiesel El biodiésel es un biocarburante (nombre genérico de los biocombustibles para automoción) líquido producido a partir de los aceites vegetales y grasas animales, siendo la colza, el girasol y la soja las materias primas más utilizadas para este fin. Las propiedades del biodiésel son prácticamente las mismas que las del gasóleo de automoción en cuanto a densidad y número de cetano. Además, presenta un punto de inflamación superior. Por todo ello, el biodiésel puede mezclarse con el gasóleo para su uso en motores e incluso sustituirlo totalmente si se adaptan éstos convenientemente. La ASTM (American Society for Testing and Material Standard) describe al biodiésel 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.

6 Página 6 de 16 Propiedades del biodiésel En cuanto a la utilización del biodiésel como combustible de automoción, ha de señalarse que las características de los ésteres son más parecidas a las del gasóleo que las del aceite vegetal sin modificar. La viscosidad del éster es dos veces superior a la del gasóleo 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. En la tabla 1, se enumeran las especificaciones establecidas para el biodiésel y el método de ensayo correspondiente. El biodiésel necesita tener unas especificaciones que enumere las propiedades y garantice la calidad de producto. Además, el biodiésel debe cumplir los requisitos para los combustibles minerales de automoción y que se encuentran recogidas en la norma europea EN-590. Los requerimientos específicos y los métodos de control para la comercialización y distribución de ésteres metílicos de ácidos grasos (Fatty Acid Methyl Ester, FAME) para su utilización en motores diesel con 100% de concentración se encuentran en la norma EN transcrita a la legislación española en el Real Decreto 61/2006, de 31 de enero, por el que se determinan las especificaciones de gasolinas, gasóleos, fuelóleos y gases licuados del petróleo y se regula el uso de determinados biocarburantes.

7 Página 7 de 16 Procesos de obtención del biodiésel Materias primas Las materias primas más comunes utilizadas en España para la fabricación de biodiésel son los aceites de fritura usados y el aceite de girasol (el contenido medio del girasol en aceite es de 44% por lo que en España será la mejor opción en cuanto a agricultura energética). También se están realizando pruebas con aceite de colza y con Brassica carinata. Cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiésel (girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca. Tabla 2. Principales materias primas para la producción de biodiésel. ACEITES CONVENCIONALES ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOS OTRAS FUENTES Aceite de semillas modificadas Girasol Brassica carinata genéticamente Cynara Grasas animales (sebo de vaca Colza curdunculus y búfalo) Coco Camelina sativa Aceites de micoralgas Crambe Aceite de producciones Soja abyssinica microbianas Palma Pogianus Aceites de fritura Aceites vegetales convencionales Las materias primas utilizadas convencionalmente en la producción de biodiésel 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). Aceites vegetales alternativos Existen otros cultivos que se adaptan mejor a las condiciones de España y que presentan rendimientos de producción mayores. En concreto, se trata de los cultivos de Brassica carinata y Cynara cardunculus. La Cynara cardunculus es un cultivo plurianual y permanente, de unos diez años de ocupación del terreno, y orientado fundamentalmente a la producción de biomasa, aunque también pueden aprovecharse sus semillas para la obtención de aceite.. Aceites vegetales modificados 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 biodiésel a bajas temperaturas, pero diminuyen su estabilidad a la oxidación, que se traduce en un índice de yodo elevado. Aceites de fritura usados El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores perspectivas en la producción de biodiésel, ya que es la materia prima más barata, y con su

8 Página 8 de 16 utilización se evitan los costes de tratamiento como residuo. España es un gran consumidor de aceites vegetales, centrándose el consumo en aceite de oliva y girasol. Además, como valor añadido, la utilización de aceites usados significa la buena gestión y uso del residuo, el informe sobre el marco regulatorio de los carburantes propone reciclar aceite de fritura en biodiésel, este aceite da problemas al depurar el agua; sin embargo, su recogida es problemática. 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 biodiésel 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. Transesterificación. Proceso de obtención La reacción química como proceso industrial utilizado en la producción de biodiésel, es la transesterificación, que consiste 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. Todo este proceso se lleva a cabo en un reactor donde se producen las reacciones y en posteriores fases de separación, purificación y estabilización. Las tecnologías existentes, 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 (utilización al mismo tiempo de aceites refinados y reutilizados) 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. La glicerina subproducto del biodiésel En la síntesis del biodiésel, 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 del proceso cuando se procede al lavado con agua. Sin embargo, la glicerina puede encontrarse en el biodiésel 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.

9 Página 9 de 16 Así, como coproducto de la producción de biodiésel se obtendría glicerina, de calidades farmacéutica e industrial. Estas glicerinas tienen un valor económico positivo y su comercialización forma parte de la rentabilidad del biodiésel. Sin embargo, la creciente oferta de glicerina está provocando ya una disminución de sus precios de venta con la consiguiente problemática de merma de rentabilidad que ello supone para el sector del biodiésel. Al nivel actual de producción, las glicerinas tienen suficientes salidas comerciales actualmente, pero conseguir una producción de biodiésel 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. Con el aumento de la producción de biodiésel, la glicerina se enfrenta a un reto de investigación y desarrollo de cara a tener una salida para la misma debido a su aumento significativo 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. Barone descubrió que las moléculas que contienen hidrógeno y oxígeno, tales como glicerol, sorbitol o polietileno glicol, reaccionaron con el ácido cítrico para producir polímeros conteniendo grupos de ácidos cítricos. Las materias formadas son poliésteres biodegradables. Estudios adicionales mostraron que la viscosidad de la materia puede variar de la consistencia de pintura a un producto semejante al vidrio y que se disuelve lentamente, dependiendo de cómo ocurre la reacción química. Justin Barone, un químico en el Laboratorio de Calidad Ambiental mantenido por el ARS en Beltsville, Maryland, hizo el descubrimiento durante estudios sobre los procesos para mejorar la eficacia de insecticidas que contienen ácido cítrico como un ingrediente activo. El ácido cítrico se desvanece muy rápidamente en el medio ambiente, una característica que limita su eficacia. Los nuevos polímeros biodegradables podrían proveer al sector de biodiesel un nuevo uso para glicerol, el cual actualmente es desechado después de la producción del biodiesel. El ácido cítrico también es usado por el sector alimentario para retardar decoloración en las frutas y verduras recién cortadas. Los polímeros nuevos a base de ácidos cítricos podrían ser útiles como una materia para el embalaje. HIPÓTESIS La hipótesis en la que nos basamos para la realización de este proyecto es que el proceso tanto químico, como procedimental. El proceso químicamente consiste en la mezcla del aceite con un alcohol ligero, este se resume en la siguiente reacción:

10 Página 10 de 16 ACEITE VEGETAL GLICERINA BIODIESEL A este proceso se le llama transesterificación. El biodiesel obtenido debe hacer funcionar un motor que hará mover la maqueta de un tren en construida por nuestros compañeros. No nos hemos detenido aquí, y puesto que el proceso experimental se supone fácil nos hemos visto capacitados para diseñar la maqueta de nuestra propia central abastecedora de biodiesel A continuación pensamos en darle, al subproducto que se obtiene, la glicerina, otras posibles funciones, además de en cosméticos. Puesto que en un futuro se podría original un excedente inútil. Para esto nos basamos en que la glicerina puede ser combinada químicamente con un producto agrícola llamado ácido cítrico para producir polímeros biodegradables que pueden ser usados en el embalaje de frutas y verduras y otros productos, según científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS). MATERIAL En procesos químicos: - Aceite de girasol y aceite de freiduría - Metanol - Sosa o hidróxido sódico - Glicerina - Ácido cítrico - Material de laboratorio ( vaso ppdo, varillas, embudos..) En la construcción de la maqueta - Metacrilato - Cartón pluma - -Adhesivos PROCEDIMIENTO: Parte teórica: Búsqueda de la información necesaria para adquirir los conocimientos básicos y necesarios para la ejecución de la parte experimetal.

11 Página 11 de 16 Aceite vegetal Aceite de freiduría + Metóxido de sodio biodiesel + glicerina Glicerina + ácido cítrico BIOPOLÍMERO Parte práctica: Hemos echado en un vaso de precipitado una cantidad de aceite de girasol y de freiduría y los hemos calentado. Después hemos disuelto sosa cáustica en el metanol, lo hemos mezclado con los aceites y lo hemos dejado reposar y enfriar. Después de unas horas hemos observado que del aceite de girasol obteníamos un producto blanco en el fondo (glicerina) y el biodiesel en la parte superior, puesto que tienen diferentes densidades se separan bien por decantación. No obstante hemos realizado un proceso de filtración (el cual ha tardado su tiempo) para separar los restos de glicerina que podían quedar con el biodiesel. Hemos realizado el mismo procedimiento para separar el biodiesel obtenido a partir del aceite de freiduría, con la diferencia de que aquí al mezclar con sosa hemos obtenido jabón junto a la glicerina. Este producto se ha desechado para el proceso de obtención del biopolímero. Hecho todo esto hemos mezclado la glicerina con ácido cítrico, variando las proporciones y así poder ver cual sería el producto resultante y sus propiedades. Por otro lado se ha realizado los planos para la construcción de nuestra central de producción de biodiesel (Ver en los Anexos). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Teniendo en cuenta la receta, en la síntesis de biodiesel, hemos utilizado las siguientes cantidades de reactivos y obtenido los resultados que se reflejan en la tabla: Materia Sosa Metanol Biodiesel Glicerina Prima (g) Aceite de 100 ml 0,35 20 ml 68, freiduría Aceite de 100 ml 0,35 20 ml 62,62 1,9g girasol Con el aceite de freiduría no se obtenía solo glicerina sino jabón con glicerina, por lo que se descartó. Se realizó el mismo proceso con otras cantidades de aceites y la proporción fue aproximadamente la misma que con las cantidades de la tabla.

12 Página 12 de 16 Para conseguir obtener el biopolímero hicimos mezclas con diferentes proporciones de glicerina-ácido cítrico; en 1:1, 1:2 y 1: ½. Como se puede observar en las fotografías del anexo, en la que obtuvimos un polímero duro y adecuado fue con la proporción 1:1. Glicerina Ácido (g) Cítrico 2,11 2,05 En las siguientes tablas se reflejan las primeras cantidades mezcladas para conseguir la proporción adecuada. Vista esta se fueron haciendo otras mezclas en la proporción 1:1 Glicerina (g) Ácido Cítrico 4,5 6,04 Glicerina (g) Ácido Cítrico 3,25 1,7 Para la construcción de la maqueta de nuestra central biodieselgenera, hemos diseñado los planos que se pueden observar en el anexo. FUTURAS INVESTIGACIONES Durante el curso actual y en los próximos pretendemos: Construir la nuestra maqueta de biodiesel Probar el biodiesel obtenido para hacer mover la maqueta de tren construida por nuestros compañeros. Estudiar las características y utilidades del biopolímero obtenido de la mezcla de glicerina y ácido cítrico. BIBLIOGRAFÍA Webgrafía: renovables.com Otras

13 Página 13 de 16 ANEXOS FOTOGRAFÍAS EN EL PROCESO DE SÍNTESIS EN EL LABORATORIO LLEVANDO A ACABO EL PROCESO QUÍMICO DE OBTENCIÓN. BIODIESEL PROCEDENTE DE ACEITE DE FREIDURÍA (IZQUIERDA) Y PROCEDENTE DE ACEITE DE GIRASOL (DEERECHA)

14 Página 14 de 16 PROCESO DE SEPARACIÓN DE LA GLICERINA SÍNTESIS DEL BIOPOLÍMERO MEZCLANDO GLICERINA Y ÁCIDO CÍTRICO

15 Página 15 de 16 ALGUNOS RESULTADOS EN LA OBTENCIÓN DEL BIOPOLÍMERO PROPORCIÓN 1:1 PROPORCIÓN 1:2 PROPORCIÓN 1:1/2 PROPORCIÓN 1:1 LA MÁS ACERTADA

16 Página 16 de 16 ESQUEMA DE LA CENTRAL DISEÑADA COMO PRODUCTORA DE BIODIESEL. Debido a que se ve mal se adjunta el archivo en otro formato para abrir con visor de imágenes.

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