Iv Simposio de Química Aplicada, SIQUIA 2009 9-11 de Septiembre-Armenia USO DE ALGAS PARA PRODUCCION DE BIOENERGIA Dra. Carmen Gloria Seguel Departamento de Química Facultad de Ciencias cseguel@uta.cl ARICA-CHILE
Explotación de Petróleo 85 millones barriles/día 31 billones barriles/año 5 trillones de L/año
Barriles per capita por año CONSUMO DE ENERGÍA 25 2.1
Millones 3 Billones de personas 40% Población Global
PROBLEMA
DEMANDA MUNDIAL POR ENERGIA PRIMARIA
SOLUCIÓN Regiones climáticas mas adecuadas Temperatura promedio anual > 15 C (Benemann, 2007)
OPORTUNIDAD
BIOCOMBUSTIBLE DESDE MICROALGAS
MICROALGAS - COMBUSTIBLES TERCERA GENERACIÓN Mayor producción de lípidos por hectáreas comparado a las plantas terrestres, 10x a 50x. El cultivo de alga puede efectuarse en terrenos marginales, no cultivables Aguas salobres, salinas o residual
LAS ALGAS PUEDEN PRODUCIR GRAN CANTIDAD DE ACEITE
COMPARACION BIOMASA PRODUCTORA DE ACEITE
Biofuels Engineering Process Tech.,2008
Biofuels Engineering Process Tech.,2008
Biofuels Engineering Process Tech.,2008
http://www.marine.csiro.au/microalgae/aquacul.html
METODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES PRENSA
FORMACIÓN TRIGLICÉRIDOS
Nombre Común Nombre UIPAC Abreviatura láurico mirístico palmítico esteárico araquídico dodecanoico o co C 12:0 fórmula abreviada C 11 H 23 COOH C 14:0 tetradecanoico C 14:0 fórmula abreviada C 13 H 27 COOH hexadecanoico C 16:0 fórmula abreviada C 15 H 31 COOH octadecanoico C 18:0 fórmula abreviada C 17 H 35 COOH eicosanoico C 20:0 fórmula abreviada C 19 H 38 COOH
ω6 ω6 LINOLEICO ω3 LINOLENICO COOH ARAQUIDONICO COOH COOH ω9 OLEICO COOH
LIPIDOS TOTALES BIODIESEL Lípidos neutros: TAGs Pretratado y Aceite refinado Biomasa algal Diesel?? Gomas
METODOS REDUCCION VISCOSIDAD ACEITES MEZCLA CON DIESEL DE PETROLEO MICROEMULSIFICACION PIROLISIS TRANSESTERIFICACION
Por qué trasnesterificar un aceite????? Viscosidad id d cinemática Por qué los aceites y derivados son usados como alternativa al diesel de petróleo???? Número de Cetanos
PROPIEDADES METILESTER ACIDOS GRASOS FAME Carbonos Nº Cetanos Viscosidad cinemática cst cáprílico co C 8:0 33.6 1.16 cáprico C 10:0 47.6 laúrico C 12:0 61.4 2.38 mirístico C 14:0 66.2 3.32 palmítico C160 16:0 74.5 432 4.32 palmitoléico C:16:1 51.0 esteárico C 18:0 86.9 4.74 oléico C 18:1 55.0 4.45 45 linoléico C 18:2 42.2 3.64 linolénico C 18:3 22.7 3.27 éurico C 22:1 7.21 The Biodiesel Handbook, 2004
DIESEL DE PETRÓLEO H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 BIODIESEL ÉSTER ETÍLICO Ó METÍLICO Biodíesel Etílico O H 3 C-CH CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -COC 2 H 5 Biodíesel Metílico H 3 C-CHCH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COCH 3 O
TRANSESTERIFICACIÓN FA FA FA: ácido graso A: alcohol G: glicerol FA FA Triglicérído Alcohol Biodiesel Glicerol
CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OH CHOCOR 2 + 3ROH 3ROCORx + CHOH CH 2 OCOR 3 CH 2 OH Triglicérido Alcohol Ester Glicerina
CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OCOR 1 CHOCOR 2 + ROH ROCOR 3 + CHOCOR 2 CH 2 OCOR 3 CH 2 OH Triglicérido Alcohol Ester Diglicérido CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OCOR 1 CHOCOR 2 + ROH ROCOR2 + CHOH CH 2 OH CH 2 OH Diglicérido Alcohol Ester monoglicérido CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OH CHOH + ROH ROCOR 1 + CHOH CH 2 OH CH 2 OH Monoglicérido Alcohol Ester Glicerina
MECANISMO 1 CH 3 OH + NaOH CH 3 O - + H 2 O Freedman, B et al (1984) Ulf Schuchartd (1998) Las etapas 1 a 4 se repiten 2 veces para producir 3 esteres alquilo + glicerol
MECANISMO 2 Tapanes et al, Fuel 87 (2008) 2286 2295
ALCOHOLES
RELACION MOLAR ROH: ACEITE ROH:ACEITE 1:1 32 C 4 hrs ROH:ACEITE 6:1 60 C 1 hrs
CATALIZADORES H 2 SO 4 Homogéneos HCl ACIDOS H 3 PO 4 Zeolitas Heterogéneos Resinas sulfónicas SO 4 / ZrO 2 W0 3 /ZrO 3
CATALIZADORES Homogéneos KOH NaOH BASICOS MgO, CaO Heterogéneos Na/ NaOH/Al 2 O 3 ENZIMATICOS : Lipasas Candida, Penicillinium, Pseudomonas
CATALISIS BASICA ( Homogénea) Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS ACIDA ( Homogénea) Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS ENZIMATICA Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación ió más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS HETEROGENEA Ventajas Neutralización del catalizador Facilidad d de procesos contínuos No se forman jabones Purificación más sencilla Inconveniente Transferencia de materia
INTERESTERIFICACION CATALIZADA POR LIPASAS (lipasa) TAG + CH 3 CH 2 -COO-CH 3 3RCOOCH 2 CH 3 + Acetato de etilo Etilester Gliceril triacetato
CONDICIONES DE Rx TRANSESTERIFICACION TAG S y ROH ANHIDROS < 0.06 % V/V TAGs bajo porcentaje de ácidos grasos libre< 0.1 Rx SECUNDARIAS RX SAPONIFICACION RX NEUTRALIZACION DE ACIDOS GRASOS LIBRES
RX DE SAPONIFICACION CH 2 OCOR 1 CH 2 OH (H 2 O) CHOCOR 2 + 3 KOH 3 ROCO - K + + CHOH CH 2 OCOR 3 CH 2 OH TAG Hidróxido Jabón potásico Glicerina de potasio
NEUTRALIZACION ACIDOS GRASOS LIBRES (H 2 O) CH2OH RCOOH + KOH ROCO - K + + CHOH CH2OH Catalizador (ácido) RCOOH + CH 3 OH ROCOCH 3 + H 2 O Rx de Esterificación
TRANSESTERIFICACIÓN VS. SAPONIFICACIÓN Transesterificación %Conversión Saponificación Tiempo ( min)
The Biodiesel Handbook, 2004 TRANSESTERIFICACION
ESTERIFICACION
EMISIONES: BIODIESEL VS. DIESEL Petrodiesel: SOx, CO, PM Emisiones S + O 2 + O 2 CO 2 + H 2 O + SOx + CO + MP + Arom. Biodiesel: Reducción dramática de emisiones O CH 3 -(CH 2 ) n -COCHCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O Oxidación mas completa
EMISIONES DEL BIODIESEL
VENTAJAS BIODIESEL Combustible Renovable Consumo equivalente del diesel 1000 veces menos emisiones de óxidos de azufre 50% menos emisiones de CO y particulados (humo negro) 78% menos emisiones de gases de efecto invernadero Mayor lubricidad, aumenta la vida útil del motor
MACROALGAS
COMPOSICIÓN MACROALGAS cenizas 0.5% Microorganismo Metabolizantes Nutrientes, sales 1.7% Alginato 2.7% Agua 90% Otros compuestos orgánicos 2.0% Mannitol 8 a 0.9 % Laminarano 2.6 a 8% Microorganismo Metabolizantes Fibra Cruda 2.2% Microorganismo Metabolizante
MUCHAS GRACIAS!!