BIODIESEL

El biodiésel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.
El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.
El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía y la creciente preocupación por el calentamiento global del planeta, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.
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.
El impacto ambiental y las consecuencias sociales de su previsible producción y comercialización masiva, especialmente en los países en vías de desarrollo o del Tercer Mundo generan aumento de la deforestación de bosques nativos, expansión indiscriminada de la frontera agrícola, desplazamiento de cultivos alimentarios y ganadería, destrucción del ecosistema y la biodiversidad, desplazamiento de trabajadores rurales.
Se ha propuesto en los últimos tiempos denominarlo agrodiésel ya que el prefijo «bio-» a menudo es asociado erróneamente con algo ecológico y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, algunas marcas de productos del petróleo ya denominan agrodiésel al gasóleo agrícola o gasóleo B, empleado en maquinaria agrícola.

PROPIEDADES

El biodiésel se describe químicamente como compuestos orgánicos de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga y corta.

REACCIONES DE SÍNTESIS

El proceso de transesterificación consiste en combinar, el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo de valor añadido propanotriol (glicerina) que puede ser aprovechada por la industria cosmética, entre otras.

MATERIAS PRIMAS

La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, ya que es una especie con alto contenido de aceite, que se adapta bien a los climas fríos. Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hectárea, tales como la palma, la jatropha curcas etc. También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata y, además, se reciclan lo que en otro caso serían residuos.
Existen otras materias primas en las cuales se pueden extraer aceite para utilizarlas en el proceso de producción de Biodiésel. Las materias primas más utilizadas en la selva amazónica son la jatropha curcas (piñón en portugués), sacha inchi, el ricino (mamona en portugués) y la palma aceitera.
Además, otra materia prima utilizada es la grasa animal, la cual produce mayores problemas en el proceso de fabricación, aunque el producto final es de igual calidad que el biodiésel de aceite, exceptuando su punto de solidificación.

PROCESOS INDUSTRIALES

En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se pueden obtener biodiésel. Los más importantes son los siguientes:
1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido. Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (soda cáustica) o hidróxido de potasio (potasa cáustica).
2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa generalmente para aceites con alto índice de acidez.
3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo, como el hidróxido, actúe en la reacción.
4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide que se produzca biodiésel en grandes cantidades.
5. Método de reacción Ultrasónica
En el método reacción ultrasonica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así, utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiésel, se reduce drásticamente el tiempo, temperatura y energía necesaria para la reacción. Y no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación. De ahí que el proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasonicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día. Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba significamente a causa de sus ventajas económicas.

ESTÁNDARES Y REGULACIÓN

Los ésteres metílicos de los ácidos grasos (FAME), denominados biodiésel, son productos de origen vegetal o animal, cuya composición y propiedades están definidas en la Unión Europea en la norma EN 14214, con una excepción del índice de yodo para España, cuyo valor máximo queda establecido en 140 en vez de 120 como propone la norma EN 14214.
En España el biodiésel aparece regulado 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. Para las mezclas de biocarburantes con derivados del petróleo que superen un 5% de ésteres metílicos de los ácidos grasos o de bioetanol es obligatoria una etiqueta específica en los puntos de venta.

Acilglicéridos

Los triglicéridos forman parte de los acilglicéridos, es decir, aquellas moléculas formadas por la unión de una molécula de glicerina a ácidos grasos. Dependiendo del número de ácidos grasos que se unan a la molécula de glicerina hablamos de tres tipos de acilglicéridos:

• Monoglicéridos: Sólo existe un ácido graso unido a la molécula de glicerina.
• Diacilglicéridos: La molécula de glicerina se une a dos ácidos grasos.
• Triacilglicéridos: También se llaman triglicéridos, puesto que la glicerina está unida a tres ácidos grasos.

Como comenté en la entrada anterior, los acilglicéridos pueden ser líquidos o sólidos a temperatura ambiente. Estos lípidos son generados por los seres terrestres, pero no pueden generar cualquier tipo. Únicamente las plantas son capaces de originar aceites y los animales solo producen grasas.

Estas sustancias son realmente importantes para la vida ya que además de ser una importante fuente de reserva energética, un derivado de estos, el fosfolípido, que es un acilglicérido unido a dos ácidos grasos y a un grupo fosfato mediante un enlace fosfodiéster, es el principal componente de la membrana plasmática y del resto de membranas celulares de las células de todos los seres vivos.Arriba tenemos una imagen de este acilglicérido.

Biodiesel, trigliceridos y la reacción de transesterificación

El biodiésel es un biocarburante líquido producido a partir de aceites vegetales y grasas animales, siendo la colza, el girasol y la soja las materias primas más utilizadas en la actualidad para este fin. Las propiedades del biodiésel son prácticamente las mismas que las del gasóleo (gasoil) 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 gasoleo para su uso en motores e incluso sustituirlo totalmente si se adaptan éstos convenientemente.
La definición de biodiésel propuesta por las especificaciones ASTM (American Society for Testing and Material Standard, asociación internacional de normativa de calidad) lo describe como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga, es decir, 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 aceites vegetales o grasas animales o de la esterificación de los ácidos grasos) debido a su bajo coste y sus ventajas químicas y físicas.
Los triglicéridos, que son el componente principal del aceite vegetal, consisten de tres cadenas largas de ácidos grasos esterificadas a un esqueleto de glicerina. Cunado los triglicéridos reaccionan con un alcohol (como el metanol) las tres cadenas de ácidos grasos se sueltan del esqueleto de glicerina y se combinan con el alcohol para dar esteres de alquilo de los ácidos grasos. La glicerina se produce como producto secundario. El metanol es el alcohol más utilizado debido a su bajo costo, aunque no proviene de una fuente renovable. En general se usa un gran exceso de metanol para desplazar la ecuación hacia la derecha.
Las reacciones de transesterificación (también llamada alcoholisis) pueden ser catalizadas por base, por ácido o por enzimas para mejorar la velocidad de reacción. Los dos primeros tipos han recibido gran atención, mientras que los sistemas catalizados por enzimas requieren de tiempos de reacción mucho mayores. Hasta la fecha sólo se ha llevado a cabo a escala de laboratorio. Ya que la reacción es reversible, se usa un exceso de alcohol para empujar la reacción hacia el lado de los productos. Los alcoholes que se pueden usar en el proceso son los primarios o secundarios de 1 a 8 carbonos.

Materias primas desde un punto de vista químico

Las materias primas para la producción de biodiésel pueden ser el aceite de girasol, colza, soja, palma, aceites de fritura usados, sebo de vaca, grasa de pollo y de pescado, etc.

¿Pero qué es lo que contienen para que puedan ser utilizados en la producción de este biocarburante? La respuesta es triglicéridos.

Los triglicéridos son compuestos orgánicos formados por la unión de una glicerina a tres ácidos grasos, como podemos ver en el dibujo situado en tercer lugar.

Para la unión de estas sustancias, se produce una esterificación, cuyo mejor modo de entender el proceso es mediante el segundo dibujo.

Para la producción del biodiésel es necesario una reacción de transesterificación que consiste en obtener ésteres metílicos de ácidos grasos (R-COOCH3) de los triglicéridos separándolos de la glicerina para lo que se suele usar el metanol como reactivo. Queda bien reflejado el proceso en la primera imagen. El biodiésel es una mezcla de estos ésteres metílicos.

Si nos fijamos en las materias primas, estas son aceites, grasas o sebos. ¿Pero por qué estas sustancias?¿Qué se conoce como una grasa o un aceite?

La respuesta es que tanto las grasas (o sebos) como los aceites son lípidos, más concretamente ésteres formados por la unión de uno, dos o tres ácidos grasos a una molécula de glicerina. La diferencia radica en el estado en que se encuentren estas sustancias a temperatura ambiente; si se encuentran en estado sólido son denominadas grasas y si se encuentran en estado líquido son denominadas aceites.

La razón de su estado de agregación se debe a la naturaleza de los ácidos grasos que los compongan, ya que estos pueden ser saturados, si no poseen dobles enlaces, o insaturados, si sí los poseen. Si poseen dobles enlaces las cadenas no son lineales ya que en la zona del doble enlace se forma un "codo", y por tanto es más difícil empaquetarlos, por lo que son líquidos a temperatura ambiente (aceites), mientras que si todos los ácidos grasos son saturados estos se pueden unir mejor por fuerzas de Van der Waals y son sólidos a temperatura ambiente (grasas).

Breve introducción a las grasas.

En bioquímica, grasa es un término genérico para designar varias clases de lípidos, aunque generalmente se refiere a los acilglicéridos, ésteres en los que uno, dos o tres ácidos grasos se unen a una molécula de glicerina, formando monoglicéridos, diglicéridos y triglicéridos respectivamente.
El tipo más común de grasa es aquél en que tres ácidos grasos están unidos a la molécula de glicerina, recibiendo el nombre de triglicéridos o triacilglicéridos. Estos pueden ser sólidos o líquidos dependiendo de su estructura y composición, los triglicéridos sólidos a temperatura ambiente son denominados grasas, mientras que los que son líquidos son conocidos como aceites. La palabra aceite es usada también para designar a cualquier sustancia que no se mezcle con el agua y sea grasosa sin importar su estructura química, como por ejemplo el petróleo y el aceite de cocina. Además, tanto a las grasas como a los aceites podremos verlos designados por la palabra lípidos.
Todas las grasas son insolubles en agua teniendo una densidad significativamente inferior, es decir, todas flotan en el agua.
Las grasas cumplen diversas funciones en los seres vivos, tales como:
• Producción energética, la metabolización de un gramo de cualquier grasa produce una media de unas 9 kilocalorías.
• Funciona como aislante del frio para los mamíferos, ya que constituyen su panículo adiposo.
• Sujetan y protegen órganos, tales como el corazón o los riñones.
• Ayudan a flotar a algunos animales.
Las grasas se clasifican, según el acido graso que la constituyan mayoritariamente y según el grado de insaturaciones que estos presenten, en:
• Grasas saturadas. Formadas mayoritariamente por ácidos grasos saturados. Aparecen por ejemplo en el tocino, o en el sebo. Son sólidas a temperatura ambiente. Las grasas formadas por ácidos grasos de cadena larga (más de 8 átomos de carbono), como los ácidos láurico, mirístico y palmítico, se consideran que elevan los niveles plasmáticos de colesterol. Sin embargo, las grasas saturadas basadas en el esteárico tienen un efecto neutro. Ejemplos: sebos y mantecas.
• Grasas insaturadas. Formadas principalmente por ácidos grasos insaturados como el oleico o el palmitoleico. Son líquidas a temperatura ambiente y comúnmente se les conoce como aceites. Pueden ser por ejemplo el aceite de oliva, de girasol o de maíz. Son las más beneficiosas para el cuerpo humano por sus efectos sobre los lípidos plasmáticos y algunas contienen ácidos grasos que son nutrientes esenciales, ya que el organismo no puede fabricarlos y el único modo de conseguirlos es mediante ingestión directa. Ejemplos de grasas insaturadas son los aceites comestibles. Las grasas insaturadas pueden subdividirse en:
o Grasas monoinsaturadas. Formadas por aquellas grasas insaturadas que sus ácidos grasos contienen un solo doble enlace. Se encuentran en el aceite de oliva, el aguacate, y algunos frutos secos.
o Grasas poliinsaturadas. Formadas por ácidos grasos que contienen más de un doble enlace en sus cadenas. Se encuentran en la mayoría de los pescados azules (bonito, atún, salmón, etc.), semillas oleaginosas y algunos frutos secos (nuez, almendra, avellana, etc.).
• Grasas trans. Se obtienen a partir de la hidrogenación de los aceites vegetales, por lo cual pasan a poseer ácidos grasos trans. Ejemplos de alimentos que contienen estos ácidos grasos son: la manteca vegetal, margarina y cualquier alimento elaborado con estos ingredientes.

Producción del biodiesel.

El biodiesel se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados, mediante procvesos industriales de esterificación y transesterificación.

Químicamente, el biodiesel se describe como compuestos orgánicos de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos, biomoléculas orgánica de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal, los átomos de carbono se unen mediante un enlace covalente sencillo o doble.
Los ácidos grasos saturados son más difíciles de utilizar por el organismo, ya que sus posibilidades de combinarse con otras moléculas están limitadas por estar todos sus posibles puntos de enlace ya utilizados o "saturados". Entre los ácidos grasos insaturados se pueden distinguir los poliinsaturados, con varios enlaces libres, de los monoinsaturados, con sólo un enlace libre.

La materia prima del biodiesel, los aceites y las grasas animales, son principalmente triglicéridos de glicerol. El glicerol es capaz de enlazar tres radicales de ácidos grasos. Dichos radicales grasos por lo general son distintos entre sí; pueden ser como hemos visto anteriormente saturados o insaturados, dando lugar a la molécula se llama triacilglicérido o triacilglicerol.

El proceso de transesterificación consiste en combinar la materia prima con un alcohol ligero, normalmente metanol y quedando como residuo la glicerina. Como catalizador del proceso suele utilizarse hidróxido de sodio o de potasio. Los ésteres metílicos de los ácidos grasos resultantes (conocidos por sus siglas en inglés como FAMEs: Fatty Acid Methyl Esters) tienen que ser posteriormente tratados con diferentes procesos de lavado y purificación para eliminar el agua y recuperar el metanol sobrante de forma que el producto final cumpla con las especificaciones y los parámetros de calidad exigidos.

materias primas del biodiesel:aceites vegetales

Las materias primas del biodiesel son aceites vegetales, en concreto se suelen utilizar aceite de girasol, aceite de colza, aceite de soja, aceite de coco y aceite de palma. Pero, ¿ cual es su composición química? Y ¿ por qué se han elegido estos aceites vegetales y no el aceite de oliva, por ejemplo?
Los aceites están formados por ácidos grasos unidos a un alcohol, es decir, por ésteres. Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos, una cadena carbonada con la terminación –COOH. Se diferencian por su longitud y por la presencia de insaturaciones ( dobles enlaces), y cuanto más insaturaciones posea más beneficioso es para la salud. Esto se debe a que es más fácil romper sus enlaces para obtener energía, ya que las instauraciones confieren a la molécula una estructura más esférica, dificulta la unión entre moléculas por fuerzas de Van Der Waals, su punto de fusión es menor y a temperatura ambiente se encuentran en estado líquido. Los saturados sí se pueden unir fácilmente por fuerzas de Van Der Waals, por lo que tienen punto de fusión más alto y a temperatura ambiente son sólidos. Este es el motivo por el que son más saludables las insaturadas, se empaquetan mejor para actuar como reserva energética y además es más fácil romper sus enlaces para obtener energía.
Los aceites mencionados en la fabricación de biodiesel, son triglicéridos, ésteres de glicerina unida a ácidos grasos saturados. A diferencia, del aceite de oliva, que tiene una, dos o tres insaturaciones por ácido graso, los anteriores tienen uno o ninguno. Por lo que no es beneficioso incluirlos en la dieta. Por este motivo y por su bajo precio son los aceites idóneos para esta finalidad.