CEU
Colegio Jesús María
Alicante
biodiesel
¿QUÉ ES el biodiesel?
El biodiesel es un combustible ecológico y renovable alternativo a los combustibles fósiles. Producido a partir de aceite vegetal o animal, restos de grasa… puede ser usado directamente en motores diesel o bien en una mezclas de 5-20% de biodiesel. También puede usarse como aceite de calefacción. Químicamente, se trata de un éster monoalquílico, formado por una larga cadena carbonada y un grupo radical metilo o etilo.
CARACTERĺSTICAS GENERALES
✽PROPIEDADES LUBRICANTES: En comparación con otros combustibles, el biodiesel posee mayores capacidades lubricantes. Esto es una ventaja, puesto que aumenta la vida de motores que funcionan a base de inyección de combustible a presión.
✽COLOR: Varía de un amarillo dorado a un marrón oscuro, dependiendo del método de producción utilizado y el origen del aceite.
✽PUNTO DE EBULLICIÓN ALTO: El punto de ebullición del biodiesel (130°C) es mucho mayor que otros combustibles (50°C). Esto lo hace más seguro en caso de un accidente de coche.
✽DENSIDAD: El biodiesel (0,88 g/mL) es más denso que el petrodiesel (0,85 g/mL)
✽CARENCIA DE AZUFRE: El biodiesel se añade con frecuencia a diesel bajo en azufre (ULSD). La falta de este elemento ayuda a la lubricación.
✽EFICIENCIA: La eficiencia del biodiesel dependerá, en mayor medida, de la calidad del aceite usado, de los métodos de producción y de las condiciones en las que se quema. La cantidad de calor producido dependerá entonces de las características del biodiesel, en especial su punto de ebullición, viscosidad y densidad, que deben tener un valor estándar para que el biodiesel sea viable.
✽COMPATIBILIDAD MATERIAL: El biodiesel es compatible con polietileno HDPE, acero inoxidable y aluminio, gomas sintéticas tipo FKM-GBL-S.
✽EMISIONES: La combustión completa reduce las emisiones de dióxido de carbono en un 83%, y las emisiones de partículas en un 33%. Generalmente, los coches biodiesel utilizan filtros especiales y sistemas de circulación de gases que reducen aun más estas emisiones. El biodiesel de soja genera más emisiones de CO2, mientras que el aceite de cocina usado apenas lo emite.
✽DEGRADACIÓN: El biodiesel es completamente biodegradable.
✽TOXICIDAD: El biodiesel en sí no es tóxico, aunque algunos restos de reactivos utilizados en el proceso de producción pueden hacerlo tóxico.
✽INCOMPATIBILIDAD MATERIAL: El biodiesel no es compatible con polivinilo PVC y poliestireno; los metales cobre, zinc, hierro y estaño; gomas naturales tipo FKM.
✽COMBUSTIÓN: En algunos motores, el biodiesel inyectado por presión forma gotas de mayor tamaño que el petrodiesel por las diferencias en viscosidad y densidad. Estas gotas tardan más tiempo en consumirse y es posible que se mezclen con aire.
✽SOLUBILIDAD: Es ligeramente higroscópico debido a la formación de mono/diglicéridos en reacciones incompletas, que pueden actuar como emulsificadores. Esto genera problemas:
-Disminuición de poder, producción de humo
-Corrosión.
-Desarrollo de microorganismos. descomponedores de filtros de papel.
-Formación de cristales de agua a bajas temperaturas.
-Retraso en el funcionamiento de pistones.
-Reacción con catalizadores (KOH o NaOH), reduciendo su capacidad catalítica.
✽EMISIONES: La combustión incompleta aumenta las emisiones de óxidos de nitrógeno.
✽CRISTALIZACIÓN: A bajas temperaturas, las moléculas de biodiesel pueden empezar a formar agregados y con ello cristales. Poco a poco, el biodiesel se convertirá en gel y solidificará. Esta propiedad depende del tipo de aceite usado: por ejemplo, el biodiesel de aceite de canola solidifica a −10°C y el de aceite de palma, a 13°C. Por esta razón, el biodiesel se suele mezclar con ciertos tipos de petrodiesel.
✽LUBRICACIÓN: Pasado un tiempo, el biodiesel pierde completamente sus capacidades de lubricación. En consecuencia, las partes metálicas del motor sufren una rápida corrosión.
✽VISCOSIDAD: El biodiesel es más viscoso que el petrodiesel. Esto tiene la ventaja de la lubricación, pero hace que a altas temperaturas circule más lento por el sistema del motor.
✽RENDIMIENTO: Se necesita más cantidad de biodiesel que petrodiesel para generar la misma cantidad de energía.
PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DE BIODIESEL
1 - PRETRATAMIENTO DEL ACEITE
El aceite reciclado tiene que ser procesado para remover cualquier impureza procedente de cocina, almacenamiento, transporte… Por filtración se eliminan restos de tierra y comida, mientras que por calentamiento se eliminan restos de agua.
En general, el biodiesel se produce a partir de aceites vegetales (palma, coco, soja…) y aceites animales (omega-3, sebo, manteca…). Como la obtención de aceites puros de origen animal no resulta rentable, se suelen utilizar restos de aceite de cocina o de producción industrial de comida.
2 - TRATAMIENTO DE ÁCIDOS GRASOS LIBRES
Una muestra del aceite se filtra para determinar la concentración de ácidos grasos libres, que serán esterificados en biodiesel o glicéridos, o bien se removerán por neutralización.
3 - TRANSESTERIFICACIÓN
En el proceso de transesterificación, se añade alcohol metanol o etanol a la mezcla de aceite. Como no existen grupos libres en el glicerol, la reacción no se llevaría a cabo o no empezaría en condiciones normales. Para solucionarlo, se añaden catalizadores como hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH), que aumentan la velocidad de reacción a temperaturas bajas.
1. El alcohol reacciona con los ácidos grasos para formar ésteres monoalquílicos y glicerina.
2. El catalizador elimina protones del alcohol, se produce metóxido de sodio o potasio.
3. El carbono carbonílico del éster en formación (R-COO-R’) se une al óxido alcano (R’’-O-) para producir un producto de transesterificación (R-COO-R’’).
4 - PURIFICACIÓN
Los productos de la reacción son, además del biodiesel, glicerina, alcohol en exceso, jabón y restos de agua que deben ser eliminados para que el biodiesel cumpla las condiciones estándar de calidad. No obstante, el proceso de purificación dependerá del método.
La densidad del glicerol es mayor que la del biodiesel, por lo que se deposita en el fondo del tanque y puede ser recogido para otros usos industriales. Los residuos de alcohol se recuperan por destilación y se reutilizan en el proceso. El jabón se elimina al mezclarlo con agua y el agua residual se elimina al calentar.
INVESTIGACIÓN ACTUAL
En Ghana se ha construido la primera planta de producción de biodiesel a partir de materia fecal humana.
Algunas especies de mostaza modificada permiten obtener una gran cantidad de aceite para la producción de biodiesel.
La industria de carne y piel de cocodrilo deja miles de toneladas al año de restos de grasa. Numerosos estudios han demostrado que el biodiesel de grasa de cocodrilo tiene una composición similar al biodiesel de soja, pero es más sencillo de refinar.
En Ghana se ha construido la primera planta de producción de biodiesel a partir de materia fecal humana.
biodiesel casero
MATERIALES
-Aceite de girasol, oliva... (500 mL)
-Etanol o metanol 99% (100 mL)
-Hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH) (3 gramos)
-Espátula
-Vasos de medición de cristal
-Vasos de precipitados
-Embudos
-Embudos de decantación
-Termómetro
-Mechero Bunsen y cerillas
SEGURIDAD ANTE TODO
-Guantes
-Máscara protectora en un laboratorio bien ventilado, o campana extractora
-Bata
-Goma de pelo
-Gafas de seguridad
Filtramos el aceite con un papel de filtro o cuidadosamente con una cuchara para quitarle los restos sólidos de comida. Calentamos el aceite un poco para eliminar cualquier rastro de agua.
¡CUIDADO! Utiliza la ayuda de un adulto para evitar quemarte.
1. PREPARACIÓN DEL ACEITE
Echamos 100 mililitros de etanol (etOH) o metanol (metOH) en un vaso medidor, en el caso del metanol cerramos el recipiente lo antes posible y tapamos el vaso dentro de una campana extractora para evitar respirar los gases tóxicos. A continuación, medimos 6 gramos de NaOH o KOH y lo añadimos al etOH o metOH para obtener metóxido de sodio (CH3ONa) o de potasio.
Na + CH3OH → CH3ONa + 1⁄2 H2
¡CUIDADO! Necesitarás llevar gafas de seguridad, bata y guantes para evitar quemaduras por el metóxido de sodio, es muy corrosivo. Es importante, además, que lleves una máscara protectora de gas o realices el experimento en una campana extractora, en el laboratorio bien ventilado, para evitar respirar los gases de metanol tóxicos.
2. formación del metóxido de sodio
Para convertir el aceite en biodiesel, debemos calentarlo a unos 50°C con la ayuda de un mechero Bunsen y remover cuidadosamente con una espátula. A continuación, retiramos el mechero y echamos el metóxido al aceite caliente y removemos ligeramente. La reacción que se produce es:
Ácidos grasos > Glicerina + metOH + NaOH > Metilésteres + Jabón
Después de enfriarse el aceite, quedará la glicerina densa en el fondo del recipiente, y el biodiesel flotando. Separamos el biodiesel a un vaso de precipitados nuevo y añadimos agua, que se mezclará con el jabón que se ha formado. Progresivamente, el biodiesel emergerá a la superficie por ser menos denso y el agua con jabón se quedará en la parte inferior del recipiente. Vertemos los líquidos a un embudo de decantación y dejamos reposar uno o dos días para que el agua y el biodiesel se separen completamente, eliminamos el agua y obtenemos biodiesel prácticamente puro.
4. decantación y limpieza
3. reacción de transesterificación
