Producción de Biodiesel en el Centro de Estudios de Energía del ITESM Campus Monterrey

Transcripción

1 Producción de Biodiesel en el Centro de Estudios de Energía del ITESM Campus Monterrey Luis Alberto Quintero Rivera 1 Roberto Guerra Olivares 2 Armando Llamas Terrés 3 1 Ingeniero Químico en Procesos del Instituto Tecnológico de Ciudad Madero (2006). Estudia la Maestría en Ciencias con especialidad en Ingeniería Energética y es Asistente de Investigación del Centro de Estudios de Energía del ITESM-Campus Monterrey. Cuenta con la Certificación EMIT (Energy Manager in Training) por parte de The Association of Energy Engineers (AEE). Correo electrónico: luisqr13@hotmail.com 2 Ingeniero Químico Administrador, del ITESM- Campus Monterrey (2007). Estudia la Maestría en Ciencias con especialidad en Ingeniería Energética y es Asistente de Investigación del Centro de Estudios de Energía del ITESM- Campus Monterrey. Cuenta con la Certificación EMIT (Energy Manager in Training) por parte de The Association of Energy Engineers (AEE). Correo electrónico: roberto.guerra@itesm.mx. 3 Doctor en Filosofía en Ingeniería Eléctrica por Virginia Tech (1992). Tiene 12 años de experiencia dirigiendo estudios de administración y calidad de la energía, en el Centro de Estudios de Energía en el ITESM- Campus Monterrey. Es autor de los libros Armónicas en Sistemas Eléctricos Industriales y Tierras Eléctricas, libros que se usan como RESUMEN En el presente documento se aborda la síntesis de biodiesel a partir de aceite vegetal usado mediante la reacción de transesterificación, así como las ventajas ambientales y físicas de dicho biocombustible. Palabras Claves: Biodiesel, Aceite vegetal. 1. Introducción Hoy en día México y el mundo viven una crisis energética en materia de combustibles. La población nacional y mundial va al alza, trayendo como principal consecuencia que la demanda de energéticos siga dicha tendencia. Las reservas de petróleo son la base de la producción actual y futura; y si la producción de petróleo en un año determinado excede el incremental en las reservas brutas agregadas en ese año, las reservas disminuirán hasta que eventualmente, la producción de petróleo se detenga. [7] texto en el curso Calidad de Energía Eléctrica que imparte en la Maestría en Ingeniería Energética del ITESM, Campus Monterrey. Desde el año 2004, el Dr. Armando Llamas es un CEM (Certified Energy Manager), de The Association of Energy Engineers (AEE). Es Senior Member del IEEE. Correo electrónico allamas@itesm.mx 17

2 Lo ideal es encontrar una nueva reserva equivalente a cada barril de petróleo que se extrae. Para ilustrar lo anterior, es posible hacer una analogía con un negocio dedicado a la venta de bienes. Cuando se registra una venta de algún producto, hay que solicitarle al proveedor la reposición del mismo. De no ser así, el negocio cada vez será más y más pequeño hasta que se vea en la penosa necesidad de cerrar [1] Por otro lado, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado significativamente en las últimas décadas. Los vehículos con motor de combustión interna son una de las principales causas de dicha tendencia (ver Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Entre los principales contaminantes estáticos se encuentran las plantas químicas, petroquímicas, refinerías, termoeléctricas, etc. Figura 1 concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. Lo anterior nos lleva a la constante búsqueda de tecnologías cada vez más limpias que nos ayuden a mantener o mejorar nuestra calidad de vida. Sin embargo, el desarrollo de tecnología lleva su tiempo por lo que una manera sencilla de ayudar a nuestro planeta a reducir la concentración de dióxido de carbono es la adaptación de combustibles limpios a las tecnologías disponibles. Una tecnología que la humanidad usa actualmente en un sin fin de actividades es el motor diesel, el cual debe su nombre a su creador Rudolph Diesel, y uno de los combustibles limpios que puede ser usado en dicho motor es, precisamente, el biodiesel. [8] 2. Qué es el biodiesel? El biodiesel se define como los monoalquilésteres de ácidos grasos derivados de aceites vegetales o grasas animales. En términos muy simples, biodiesel es el producto obtenido cuando los aceites vegetales o las grasas animales reaccionan químicamente con un alcohol para producir ésteres alquílicos de ácidos grasos. [2] El biodiesel ha tenido gran aceptación en Europa, donde se usa en los motores diesel; y por lo general, es mezclado con diesel de petróleo en diversas proporciones [2]. Algunas veces, las mezclas de biodiesel con diesel de petróleo son denotadas por acrónimos como B20, lo cual indica que la mezcla contiene un 20% de biodiesel. 18

3 3. Síntesis del biodiesel En general, el componente mayoritario de los aceites vegetales y grasas animales son los triglicéridos. Químicamente, los triglicéridos son esteres de ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. Para obtener biodiesel, el aceite vegetal es sometido a una reacción química conocida como transesterificación. (Ver Figura 2) residuo de los aceites usados en la cocina. [6] Debido a la gran cantidad de materia prima disponible para la elaboración de biodiesel, las propiedades del mismo dependerán de la cantidad de cada ácido graso presente en la materia prima. 4. El papel del Centro de Estudios de Energía Figura 1 Reacción de transesterificación para la producción de biodiesel. [5] En dicha reacción, el aceite vegetal reacciona en presencia de un catalizador (usualmente una base como el hidróxido de sodio o de potasio) y alcohol (usualmente metanol) para producir glicerol y esteres de ácidos grasos. Algunas veces, los productos de la reacción anterior son llamados metilesteres de ácidos grasos en lugar de biodiesel. [5] En EUA la materia prima más popular es el aceite de soya. En Europa la materia prima principal es el aceite de canola. Por otro lado, en México y más específicamente en el Centro de Estudios de Energía del ITESM campus Monterrey, la materia prima es el aceite vegetal usado; esto es, el El Centro de Estudios de Energía (CEE) del ITESM Campus Monterrey está llevando a cabo una fuerte investigación en el tema: fuentes alternas de energía, dicha línea de investigación involucra dos fuertes áreas las cuales son: (1) biocombustibles y más específicamente biodiesel y (2) aerogeneradores. En lo concerniente a biodiesel, el CEE está a cargo de la producción de biodiesel en la planta piloto del ITESM Campus Monterrey la cual se encuentra ubicada en el Laboratorio de Ingeniería Química, ver Error! No se encuentra el origen de la referencia.. La materia prima usada para la producción del biocombustible es el aceite vegetal usado de las cafeterías del mismo campus lo cual le brinda un enfoque sustentable al darle un uso importante a un desecho que, de no ser por este uso, sería confinado. 19

4 el biodiesel únicamente podría reemplazar el 13% del total de la demanda. [4] 6. Ventajas del biodiesel Figura 3 planta piloto de biodiesel. La capacidad de la planta es de 200 litros por lote y cada lote tarda alrededor de 4 horas para transformar la materia prima a biodiesel listo para usarse. Por lo tanto, si se trabajaran 6 lotes diarios se tendría una capacidad instalada de poco más de una tonelada por día. 5. Biodiesel: la solución? Se dice que el biodiesel podría ser la solución del mundo a la dependencia de los combustibles fósiles. Tan sólo como un ejemplo, veremos el caso de los Estados Unidos donde se produjeron 36.0 billones de libras (16.3 billones de kg) de aceite vegetal y grasa animal en 2005, y en 2004 se consumieron billones de libras (119.4 billones de kg) de diesel; por lo que El biodiesel sintetizado a partir de aceite vegetal usado presenta ventajas potenciales con respecto a los demás. En primer lugar, se realiza una disposición adecuada de los residuos de cocina; a diferencia de cuando son desechados en el drenaje, contaminando grandes volúmenes de agua. De la misma manera, no interfiere con el cultivo para alimentación humana, como es el caso del bioetanol producido usando maíz como materia prima; y por si fuera poco, reduce las emisiones de monóxido de carbono hasta en un 50%. Las principales ventajas ofrecidas por el biodiesel son: 1. Puede ser mezclado con el diesel de petróleo en cualquier proporción. 2. Puede ser usado en los motores diesel con pocas modificaciones o incluso sin ellas. 3. Es fácil de usar y de producir. 4. Es biodegradable. 5. No es tóxico. 6. Está libre de azufre y aromáticos. 7. Es energéticamente eficiente. 8. Reduce las emisiones que propician el calentamiento global, Figura Excelentes propiedades lubricantes. 20

5 Figura 2 Impacto en las emisiones promedio del biodiesel en maquinaria pesada. [3] A medida que se incrementa la concentración de biodiesel en una mezcla con diesel de petróleo, disminuyen las emisiones de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) hasta en un 50% y 70% respectivamente. Las partículas sólidas (PM) como el hollín disminuyen siguiendo el mismo comportamiento que las emisiones de CO. Aunque el diesel y el biodiesel no son compuestos químicamente iguales, ya que el diesel es una mezcla de hidrocarburos sencillos y el biodiesel es una mezcla de alquil-ésteres, el motor diesel puede quemarlos igualmente gracias a que sus propiedades físicas son similares. 7. Conclusiones Al producir biodiesel a partir de aceite vegetal usado se contribuye con el desarrollo sostenible, dándole un uso a un producto de desecho que, de no ser por la producción del biocombustible, sería confinado. El uso del biodiesel es ecológico desde varios puntos de vista: El aceite vegetal usado es aprovechado, evitando que contamine agua. Reduce las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos en un 50% y 70% respectivamente en comparación con el diesel de petróleo. No interfiere con el cultivo para la alimentación humana. Bibliografía [1] Elizondo Barragán, F. (2008). La Reforma Energética. Conferencia en la Escuela de Graduados EGADE del ITESM. Monterrey,N.L. [2] Encyclopædia Britannica. (2008). biodiesel. Recuperado el 28 de septiembre de 2008, de Encyclopædia Britannica Online: search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/arti cle [3] Environmental Protection Agency. (2002). A Comprehensive Analysis of Biodiesel Exhaust Emissions. USA. [4] Gerpen, J. V., Pruszko, R., Clements, D., Shanks, B., & Knothe, G. (2006). Building a Successful Biodiesel Business. USA: Biodiesel Basis. [5] Knothe, G., Gerpen, J. V., & Krahl, J. (2005). The Biodiesel Handbook. USA: AOCS Press. [6] Mittelbach, M., & Remschmidt, C. (2006). Biodiesel: The Comprehensive Handbook. Vienna: Boersedruck Ges. m.b.h. [7] Moroney, J. R., & Dieck-Assad, F. (2005). Energy and Sustainable Development 21

6 in Mexico. USA: Texas A&M University Press. [8] Quintero, L.A. (2008). Reconfiguración de la planta piloto de biodiesel para mejorar la etapa de lavado. Disertación de maestría no publicada, Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Monterrey, N.L. 22