UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA FACULTAD DE INGENIERA

BIODIESELUniv. Cesar Abdn Mamani Ramrez Univ. Luis Antonio Reque Tern De la Vega

NDICE

I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII.

INTRODUCCIN JUSTIFICACION PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ARBOL DE OBJETIVOS OBJETIVOS ESPECIFICOS ALCANCE LIMITACIONES MARCO TEORICO

VIII.1 ANTECEDENTES HISTORICOS VIII.2 PROPIEDADES VIII.2.1 COMPATIBILIDAD CON MATERIALES VIII.2.1.1 PLASTICOS VIII.2.1.2 METALES VIII.2.1.3 CAUCHO VIII.2.2 GELIFICACION VIII.2.3 CONTAMINACION POR AGUA VIII.3 REACCIONES DE SINTESIS VIII.4 TRANSESTERIFICACION VIII.4.1 TRANSESTERIFICAION USANDO BASES VIII.5 MEZCLAS VIII.6 MATERIAS PRIMAS VIII.6.1 CANTIDAD DE MATERIA PRIMA REQUERIDA VIII.6.2 RENDIMIENTO VIII.7 PROCESOS INDUSTRIALES

VIII.8 METODOS DE PRODUCCION VIII.8.1 PROCESO POR LOTES VIII.8.2 PROCESO SUPERCRITICO VIII.8.3 REACTOR ULTRASONICO VIII.8.4 METODO DE MICROONDAS VIII.8.5 USANDO ENZIMAS LIPASA VIII.9 APLICACIONES VIII.9.1 ESTADOS UNIDOS VIII.9.2 USO VEHICULAR Y ACEPTACION DE FABRICANTES VIII.9.3 USO EN TRENES VIII.9.4 ACEITE DE CALEFACCION VIII.10 VENTAJAS E INCONVENIENTES VIII.10.1 VENTAJAS VIII.10.2 INCONVENIENTES VIII.11 INVESTIGACIONES ACTUALES VIII.11.1 BIODIESEL DE ALGA VIII.11.2 HONGOS VIII.11.3 BIODIESEL DE TIERRAS USADAS DE CAFE

IX. X. XI. XII. XIII.

RECOMENDACIONES CONCLUSIONES COSTOS IMPACTO AMBIENTAL ANEXOS

I.

INTRODUCCIN

El biodisel es un biocombustible lquido que se obtiene a partir de lpidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificacin y trans esterificacin, y que se aplica en la preparacin de sustitutos totales o parciales del petro disel o gasleo obtenido del petrleo. El biodisel puede mezclarse con gasleo procedente del refino de petrleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas segn el porcentaje por volumen de biodisel en la mezcla: B100 en caso de utilizar slo biodisel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeracin indica el porcentaje por volumen de biodisel en la mezcla. El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsin de motores se conocen desde la invencin del motor disel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustin en motores de ciclo disel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de bsqueda de nuevas fuentes de energa, se impuls su desarrollo para su utilizacin en automviles como combustible alternativo a los derivados del petrleo. El biodisel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir ste por elastmeros sintticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodisel. Se ha propuesto en los ltimos tiempos denominarlo agro diesel ya que el prefijo bio- a menudo es asociado errneamente con algo ecolgico y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, algunas marcas de productos del petrleo ya denominan agrodisel al gasleo agrcola o gasleo B, empleado en maquinaria agrcola. I.1 EL DIESEL EN BOLIVIA

Bolivia consume alrededor de 19.000 barriles de diesel al da, de los cuales 6.000 se importan. El diesel es de especial importancia para el sector agrcola de Bolivia, principalmente para productores de soya en el departamento de Santa Cruz entonces el proyecto ser implementado primeramente para satisfacer la demanda de diesel ol a los productores de soya en santa cruz y se producir la palma en la hacienda Sarah en Beni esta con una extensin de 1000 hectreas proyectadas producira unas 5000 toneladas.

II.

JUSTIFICACION

El desabastecimiento de diesel ol que se ve en Santa Cruz que afecta a los productores de soya y otros, afectndolos econmicamente debido a que no pueden producir la cantidad de soya proyectada. III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA IV. Desabastecimiento de Diesel ol en la ciudad de Santa Cruz. Reduccin de la productividad de soya.

OBJETIVO GENERAL Implementar el uso de biocombustible de aceite de Palma para reducir el desabastecimiento de diesel ol en Santa Cruz.

V.

OBJETIVOS ESPECIFICOS - Reducir la importacin de Diesel. - Abastecer al mercado interno. - Realizar proyectos de produccin de materia prima. - Abrir mercados para el Biodiesel.

VI. -

ALCANCE Crear un Sistema de incentivo para la siembra de materia prima a agricultores. Socializar las ventajas del biodiesel como biocombustible. Buscar mercados para el biodiesel del aceite de palma.

VII. LIMITACIONES VII.1 COSTOS

-El precio de materiales e insumos necesarios para la siembra y cosecha de la materia prima. -Construccin de una planta de Biodiesel. VII.2 RECURSOS

-Tierras. -Materiales para la siembra. -Personal para la capacitacin sobre la produccin biodiesel.

VIII.

MARCO TEORICO VIII.1 Antecedentes histricos

La trans esterificacin de los aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los cientficos E. Duffy y J. Patrick, muchos aos antes de que el primer motor disel funcionase. El primer modelo de Rudolf Diesel, un mono cilndrico de hierro de 3 metros con un volante en la base funcion por vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de 1893. En conmemoracin de dicho evento, el 10 de agosto se ha declarado "Da Internacional del Biodisel". Diesel present su motor en la Exposicin Mundial de Pars de 1898. Este motor es un ejemplo de la visin de Diesel, ya que era alimentado por aceite de cacahuete un biocombustible, aunque no estrictamente biodisel, puesto que no era transesterificado. Diesel quera que el uso de un combustible obtenido de la biomasa fuese el verdadero futuro de su motor. En un discurso de 1912, dice: el uso de aceites vegetales para el combustible de los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos del petrleo y el carbn de nuestros das . Durante los aos veinte, los fabricantes de motores disel adaptaron sus propulsores a la menor viscosidad del combustible fsil (gasleo) frente al aceite vegetal. La industria petrolera ampli as su hueco en el mercado de los carburantes porque su producto era ms econmico de producir que la alternativa extrada de la biomasa. El resultado fue, por muchos aos, la casi completa desaparicin de produccin de combustibles a partir de biomasa. Slo recientemente la preocupacin por el impacto ambiental y la menor diferencia de precios han hecho de los biocombustibles una alternativa vlida. A pesar del increble uso de los derivados del petrleo como combustibles, durante los aos 20, 30 y post guerra mundial, varios pases (entre ellos Argentina) reportaron haber usado aceites como sustituto del diesel. Problemas fueron detectados por la diferencia de viscosidad entre el aceite y el diesel, resultando en depsitos dentro de la cmara de combustin y los inyectores. Algunos intentos de superar esto fueron aplicar una pirolisis y cracking al aceite, mezclarlo con diesel de petrleo o etanol, o calentarlo. El 31 de Agosto de 1937, G. Chavanne de la Universidad de Bruselas, Blgica, obtuvo la patente por transformar aceites vegetales para su uso como combustibles . La patente describa la transesterificacin del aceite usando etanol o metanol para separar glicerina de los cidos grasos y reemplazarla con alcoholes de cadenas cortas. Esta fue la primera produccin de biodisel. Ms reciente, en 1977, Expedito Parente, cientfico brasilero, invent y patent el primer proceso industrial de produccin de biodiesel. Actualmente, Tecbio, la empresa de Parente, trabaja junto con Boeing y la NASA para certificar bio-queroseno. Entre 1978 y 1996, el National Renewable Energy Laboratory (NREL) estadounidense ha experimentado el uso de algas como fuente de biodisel, dentro del Aquatic Species Program. La experimentacin del NREL, tras 16 aos, est estancada debido a que el programa de investigacin carece de financiacin. Investigaciones de cmo transesterificar aceite de girasol en diesel fueron iniciadas en Sudfrica en 1979. Finalmente en 1983, el proceso de cmo producir biodisel de calidad fue completado y

publicado internacionalmente. Gaskoks, una industria Austraca, obtuvo esta tecnologa y estableci la primera planta piloto productora de biodisel en 1987 y una industrial en 1989. Durante la dcada del 90, muchas plantas fueron abiertas en muchos pases europeos, entre ellos la Repblica Checa, Alemania y Suecia. En los aos noventa, Francia ha lanzado la produccin local de biodisel (conocido localmente como diester) obtenido de la transesterificacin del aceite de colza. Va concentrado en un 5% en el combustible disel convencional, y en un 30 % en el caso de algunas flotas de transporte pblico. Renault, Peugeot y otros productores han certificado sus motores para la utilizacin parcial con biodisel, mientras se trabaja para implantar un biodiesel del 50 %. Francia empez una produccin local de biodiesel el cual se mezclaba en un 30% con diesel para transporte pblico. Renault y Peugeot certificaron motores de camiones con uso parcial de biodiesel (alrededor de 50%). Durante el perodo de 1998, se identificaban 21 pases con proyectos comerciales de biodisel. En septiembre del ao 2005, Minnesota fue el primer estado estadounidense que obligaba un uso de, al menos, 2% de biodiesel. En 2008, la ASTM (American Society for Testing and Materials) public los estndares y especificaciones de mezcla de biodisel. VIII.2 Propiedades

El biodisel se describe qumicamente como compuestos orgnicos de steres mono alqulicos de cidos grasos de cadena larga y corta. El Biodisel tiene mejores propiedades lubricanes y muchos ms cetanos que el diesel de poco azufre. El agregar en una proporcin Biodiesel al gasleo reduce significativamente el desgaste del circuito de combustible; y, en baja cantidad y en sistemas de altas presiones, extiende la vida til de los inyectores que dependen de la lubricidad del combustible. El poder calorfico del biodiesel es 37,27 MJ/L (mega joule por litro) aproximadamente. Esto es un 9% menor que el diesel mineral. La variante de energa del biodiesel depende de la materia prima usada ms que del proceso. El biodisel es lquido a temperatura ambiente y su color vara entre dorado y marrn oscuro segn el tipo de materia prima usada. Es inmiscible con agua, tiene un punto de ebullicin alto y baja presin de vapor. Su punto de inflamacin (mayor a 130C) es sumamente superior a la del diesel (64C) o la nafta (-40C). Tiene una densidad de aproximadamente 0,88 g/cm3, menos que el agua. Ms all, tiene virtualmente ningn contenido de azufre y se suele mezclar como aditivo al diesel de bajo azufre.

VIII.2.1

Compatibilidad con materiales

VIII.2.1.1 Plsticos Es compatible con polietileno de alta densidad. Con PVC, lo degrada lentamente. Algunos polmeros los disuelve al contacto directo. VIII.2.1.2 Metales Afecta a materiales basados en cobre, tambin ataca el zinc, el estao, el plomo y hierro fundido. Metales de acero inoxidable y aluminio son inmunes. VIII.2.1.3 Caucho El biodisel desgasta caucho natural de algunos componentes de motores antiguos. VIII.2.2 Gelificacin

Cuando el biodiesel se enfra a determinado punto, algunas molculas se combinan y forman cristales. El combustible empieza a nublarse una vez que los cristales se hacen grandes (un cuarto de la longitud de onda de luz visible). Este punto se llama punto de enturbiamiento. A ms fro el combustible, ms grandes son los cristales. La menor temperatura en la cual el biodiesel pasa por un filtro de 45 micrones se la llama punto de obstruccin de filtros en fro (CFPP en ingls). A menores temperaturas, el biodiesel se convierte en gel y luego solidifica. Dentro de Europa, hay mucha diferencia en este punto entre pases. La temperatura en la cual el biodiesel puro comienza a gelificarse, depende de la mezcla de steres y, consecuentemente, de la materia prima usada. Por ejemplo, si se produce a partir de sebo, tiende a convertirse en gel cerca de los 16C. Hay muchos aditivos que se le agregan al biodiesel para disminuir esta temperatura. Otra solucin es mezclar biodiesel con diesel o queroseno. Otra es tener un tanque secundario de biodiesel acompaando el del diesel de petrleo: el primero arranca y calienta el segundo, una vez llegada a la temperatura necesitada, se cambia la alimentacin. VIII.2.3 Contaminacin por agua

El biodiesel puede contener pequeas cantidades de agua, pero problemtica. Aunque no es miscible con agua, es decir, como el etanol, higroscpico (absorbe el agua de la humedad atmosfrica). Una de las razones del biodiesel para absorber el agua es la persistencia de los mono y di glicridos sobrantes de una reaccin incompleta. Estas molculas pueden actuar como un emulsionante, permitiendo que el agua se mezcle con el biodiesel. [Cita requerida] Por otro lado, puede haber agua que es residual al tratamiento o como resultado de la condensacin del tanque de almacenamiento. La presencia de agua es un problema porque:y

El agua reduce el calor de combustin del combustible a granel. Esto significa ms humo, ms difcil de partida, menos energa.

y y

y y

y

El agua causa la corrosin de los componentes vitales del sistema de combustible: las bombas de combustible, bombas de inyeccin, lneas de combustible, etc. Agua y microbios causan los filtros elemento de papel en el sistema al fracaso, que a su vez se traduce en una falla prematura de la bomba de combustible debido a la ingestin de partculas grandes. El agua se congela para formar cristales de hielo cerca de 0 C (32 F). Estos cristales proporcionan sitios para la enucleacin y acelerar la gelificacin del combustible residual. El agua acelera el crecimiento de las colonias de microbios, lo que puede tapar un sistema de combustible. Biodiesel usuarios que tienen tanques de combustible calienta tanto, frente a un problema microbio durante todo el ao. Adems, el agua puede producir picaduras en los pistones de un motor disel. Reacciones de sntesis

VIII.3

El proceso de transesterificacin consiste en combinar, el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol, y deja como residuo de valor aadido propanotriol (glicerina) que puede ser aprovechada por la industria cosmtica, entre otras. VIII.4 Transesterificacin

Las grasas de animales y plantas estn hechas tpicamente de triglicridos, que son steres de cidos grasos libres con glicerol. En el proceso, el alcohol es deprotonado (removido de un catin hidrgeno de una molcula) con una base para formar un nuclefilo (anin con un par de electrones libres) ms fuerte. Comnmente, etanol y metanol son usados. Como se ve en el diagrama, la reaccin no tiene otras entradas ms que el triglicrido y el alcohol. En condiciones normales, la reaccin puede no ocurrir o hacerlo de manera muy lenta. El calor es usado para acelerar la reaccin, adems del cido o la base. Es importante notar que el cido o la base no son consumidos durante la reaccin, por ende, son catalizadores. Casi todo el biodiesel es producido de aceites vegetales vrgenes usando una base como catalizador debido a que es el mtodo ms econmico, requiriendo bajas temperaturas y presiones y obteniendo una conversin del 98%. Sin embargo, hay otros mtodos que usan cidos como catalizadores que son ms lentos.

VIII.4.1

Transesterificacin usando bases

En este caso, la transesterificacin se realiza usando una base fuerte, capaz de deprotonar el alcohol, como catalizador. Comnmente, la base es disuelta en el alcohol para dispersarla en todo el aceite. El hidrxido, debe ser muy seco: cualquier cantidad de agua en el proceso aumenta las probabilidades de saponificacin, y producir jabones consumiendo la base. Una vez hecha la mezcla de alcohol y base, es agregada al triglicrido. El carbono del ster del triglicrido tiene una leve carga positiva y el oxgeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa pequea. Esta polarizacin del C=O es la que atrae al in del hidrxido (RO-) al lugar de reaccin. R1 Atraccin polarizada | RO| O-CH2-CH-CH2-O-C=O | | O-C=O R3 | R2

> C=O

Esto genera un intermedio tetradrico con carga negativa en el antiguo grupo carbonilo. R1 | RO-C-O- (par de electrones libres) | O-CH2-CH-CH2-O-C=O | | O-C=O R3 | R2

Estos electrones vuelven a unirse con el carbono y desplazan al diacilglicerol formando un ster. R1 | RO-C=O + -O-CH2-CH-CH2-O-C=O | | O-C=O R3 | R2 El proceso se repite para los otros dos steres restantes unidos al glicerol. Esta reaccin tiene unos factores limitantes: 1. 2. 3. El grupo RO- tiene que encajar en el espacio dnde est la carga positiva en el grupo carbonilo. Si la cadena del alcohol incrementa, la velocidad disminuye. Este fenmeno es llamado efecto estrico y es la razn primaria del uso de alcoholes de cadenas cortas. Pueden ocurrir muchas otras reacciones diferentes, por esto, se agrega un exceso de alcohol para asegurar que la transesterificacin ocurra. Mezclas

VIII.5

Las mezclas de biodisel y diesel convencional basada en hidrocarburos son los productos ms habitualmente distribuidos para su uso en el mercado del gasleo al por menor. Gran parte del mundo utiliza un sistema conocido como la "B" factor que indique la cantidad de biodisel en cualquier mezcla de combustible: el combustible que contiene 20% de biodisel B20 tiene la etiqueta, mientras que el biodisel puro se denomina B100. Las mezclas de biodisel con 80 por ciento 20 por ciento de diesel de petrleo (B80) en general se puede utilizar en motores diesel sin modificar. El biodisel tambin puede ser utilizado en su forma pura (B100), pero pueden requerir algunas modificaciones del motor para evitar problemas de mantenimiento y rendimiento. Mezclando B100 con petrleo diesel se puede realizar por:y

y y

Mezclado en los depsitos.-a la fabricacin punto antes de la entrega de camiones cisterna Splash de mezcla en el camin cisterna (adicin de un porcentaje especfico de biodiesel y diesel de petrleo). En lnea de mezcla.- dos componentes de llegar al camin cisterna de forma simultnea. Parqumetro bomba de mezcla.- el petrleo diesel y biodisel metros se establecen en X volumen total, bomba de transferencia tira de dos puntos y la mezcla es completa a la salida de la bomba.

VIII.6

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 fros. Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hectrea, tales como la palma, la jatropha curcas etc. Tambin se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata y, adems, se reciclan lo que en otro caso seran residuos. Existen otras materias primas en las cuales se pueden extraer aceite para utilizarlas en el proceso de produccin de Biodisel. Las materias primas ms utilizadas en la selva amaznica son la jatropha curcas (pin en portugus), sacha inchi, el ricino (mamona en portugus) y la palma aceitera. Adems, otra materia prima utilizada es la grasa animal, la cual produce mayores problemas en el proceso de fabricacin, aunque el producto final es de igual calidad que el biodisel de aceite, exceptuando su punto de solidificacin. Una gran variedad de aceites pueden ser usados para producir biodisel. Entre ellos:y

y y y y

Aceite vegetal sin usar. Los aceites de colza y soja son los ms usados. El aceite de soja representa el 90% de la materia prima para biodiesel en los Estados Unidos. Tambin puede ser obtenido de carraspique (zurrn boliviano), jatropha, lino, girasol, palma, cocotero y camo. Aceites vegetales usados Grasas animales: cerdo, gallina y los subproductos de la produccin de cidos grasos Omega-3 provenientes del pescado. Algas, las cuales pueden crecer usando materiales cloacales y sin desplazar la tierra usada para producir comida. Aceite de halfitas como la salicornia. Estas crecen en agua salada, generalmente en costas, donde no se puede cultivar otra cosa.

Muchos experimentados sugieren que los aceites usados son las mejores materias primas, pero debido a que la disponibilidad es drsticamente menor a la cantidad de combustible de petrleo que se quema, la solucin no es muy usada. Las grasas animales son subproductos de la produccin de carne. A pesar de esto, no es eficiente criar animales (o atrapar peces) simplemente por su grasa, el uso de los subproductos incrementa el valor de la industria ganadera. Sin embargo, producir biodiesel de grasas animales reemplazara un pequeo porcentaje de uso de diesel de petrleo. Hoy en da, muchas productoras de biodiesel que trabajan con distintas materias primas, hacen combustible biolgico a partir de grasas animales de muy buena calidad. Actualmente una empresa valuada en 5 millones de dlares est siendo construida en EE. UU., con la intencin de producir 11.4 millones de litros a partir de 1 billn de kilogramos de grasa de gallina. El alcohol puede ser metanol, que forma metilsteres, o etanol, que forma etilsteres. El proceso con etanol es ms complicado que con metanol, no es recomendado para principiantes.

El metanol proviene del petrleo, aunque puede producirse de la madera. El etanol proviene de las plantas o del petrleo, hay una mtodo para destilarlo caseramente. El etanol se conoce con varios nombres: alcohol etlico, C2H5OH, vino o cerveza. Ambos alcoholes son muy peligrosos, el metanol ms. La leja o catalizador puede ser hidrxido de sodio (NaOH) o hidrxido de potasio (KOH). Los productores domsticos experimentados usan KOH, el cual les deriva un subproducto utilizable: fertilizante de potasio. Para ambas sustancias el proceso es el mismo, salvo que se necesitara 1,4 veces ms KOH que NaOH. Estos ltimos productos son tambin peligrosos, hay que tener los siguientes cuidados: evitar contacto con ojos o piel, no respirar vapores, alejarlos de alimentos y nios. Ms all, reaccionan con aluminio, cobre y zinc. Para el reactor se recomienda usar recipientes de vidrio, esmalte, acero inoxidable o HDPE. Uno de los productos para el aceite usado es isopropanol de alta pureza. Tambin para la valoracin se usa fenolftalena. El rojo fenol, indicador de pH para piscinas, no funciona. Las proporciones son (por litro de aceite): 200 ml metanol, 3,5g hidrxido de sodio. Se dice que para la generacin de Biodisel se debe seguir la siguiente "receta":y y y

1 lt de aceite vegetal (normalmente bajo en agua (2% mx.) de lo contrario se obtendr jabn). 200 ml de Metanol. 3.4 gr de Sosa Caustica (NaOH) (Hidrxido de sodio).

Se debe mezclar primero el metanol con la soda caustica para generar Metxido de sodio. *** Tener especial cuidado al mezclar estos dos ya que la sosa caustica combinada con metanol generara una reaccin exotrmica muy agresiva, que puede quemar la piel, ojos, etc. *** Una vez que se obtiene el metxido, mezclar con el aceite vegetal, levantar su temperatura a 55 C y mezclar por un espacio de 1 hr., dejar reposar y en aproximadamente 3 hrs vers el resultado. Una capa ligera de aceite transparente arriba y una capa densa y obscura de glicerina abajo. VIII.6.1 Cantidad de materia prima requerida

La produccin actual de aceites vegetales y grasas animales no es suficiente para reemplazar la demanda de combustibles fsiles. Es ms, al aumentar la produccin, se requerirn ms fertilizantes y pesticidas, y ms tierras sern desplazadas. En Estados Unidos, el consumo de combustibles fsiles es de 160 millones de toneladas, y la produccin de aceites y grasas es de 16.3 millones de toneladas. Si todas las tierras cultivables de Estados Unidos (1.9 millones de kilmetros cuadrados) fueran usadas para plantar soja para biodisel, llegara con suerte a cubrir esta demanda de combustible de petrleo. Esta rea se podra reducir considerablemente si se utilizaran algas. Se estima que para cubrir la demanda con aceite de alga, se necesitaran 40.000 kilmetros cuadrados en casos optimistas. Las ventajas de las algas son que se pueden cultivar en tierra no arable (desiertos y terrenos marinos) y su potencial es ms alto que el de otras plantas.

VIII.6.2

Rendimiento Litros/hectrea 4752 3000 2151 954 842 767 553-922 242

Cultivo Palma Alga Cocotero Colza Man Girasol Soja Camo

rbol de sebo 907

El rendimiento del combustible de alga no fue determinado precisamente, pero se dice que es de 12 veces ms energa por hectrea que el girasol. Se dice que la planta de jatropha tiene un gran rendimiento, pero depende mucho de las condiciones climticas y del suelo. El rendimiento promedio es de 1.5 a 2 millones de toneladas en los lugares ms favorables. Se cultiva en Filipinas, Mal e India; es resistente a sequas y puede compartir espacio con otros cultivos como el caf, azcar, frutas y vegetales. Se adapta bien en terrenos desrticos lo cual reduce la deforestacin. VIII.7 Procesos industriales

En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se pueden obtener biodiesel. Los ms importantes son los siguientes: 1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidrxido. Este hidrxido puede ser hidrxido de sodio (soda custica) o hidrxido de potasio (potasa custica). Proceso cido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificacin cida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa generalmente para aceites con alto ndice de acidez. Procesos supercrticos. 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 hidrxido, acte en la reaccin. Procesos enzimticos. En la actualidad se estn investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reaccin aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide que se produzca biodisel en grandes cantidades.

2.

3.

4.

5.

Mtodo de reaccin Ultrasnica. En el mtodo reaccin ultrasnica, las ondas ultrasnicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitacin proporciona simultneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificacin. As, utilizando un reactor ultrasnico para la produccin del biodisel, se reduce drsticamente el tiempo, temperatura y energa necesaria para la reaccin. Y no slo reduce el tiempo de proceso sino tambin de separacin.[2] De ah que el proceso de transesterificacin puede correr en lnea en lugar de utilizar el lento mtodo de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasnicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por da. Especialmente durante el ltimo ao el uso del equipo ultrasnico aumentaba significativamente a causa de sus ventajas econmicas. Mtodos de produccin Proceso por lotes

VIII.8 VIII.8.1y

y y y

y y y y

Preparacin: se debe tener precaucin con la cantidad de agua y AGL presentes en el lpido (aceite o grasa). Si los niveles son muy altos, puede ocurrir una saponificacin y obtener jabn. El catalizador es disuelto en el alcohol usando un mezclador comn. La mezcla de alcohol y catalizador es puesta en un contenedor y, ms tarde, el aceite o grasa. El sistema es ahora cerrado hermticamente para prevenir la prdida del alcohol. La mezcla se mantiene unos pocos grados encima del punto de ebullicin del alcohol (70 C) para acelerar la reaccin. El tiempo estimado de finalizacin es de 1 a 8 horas; bajo condiciones normales, el tiempo disminuye a la mitad cada 10 C incrementados. Se usa un exceso de alcohol para asegurar que la reaccin se complete totalmente (generalmente en proporcin 4:1 alcohol: triglicrido). La capa de glicerina formada es ms densa que la del biodiesel, por eso se pueden separar por gravedad. A veces se usa un centrifugador para separar los dos materiales ms rpido. Una vez separados la glicerina del biodiesel, el exceso de alcohol en cada capa es removido por destilacin. Hay que tener cuidado que el alcohol extrado no tenga agua. Los productos extrados con la glicerina pueden ser separados para obtener glicerina pura. El biodiesel es a veces purificado lavndolo gentilmente con agua tibia para remover los restos de catalizador y jabn. Luego se seca y se almacena. Proceso supercrtico

VIII.8.2

Un mtodo alternativo de transesterificacin sin catalizador usa metanol supercrtico en temperaturas y presiones altas continuamente. En estado supercrtico, el aceite y el metanol forman una nica fase y la reaccin ocurre espontnea y rpidamente. Ms all tolera agua dentro de la materia prima. El paso de remocin del catalizador es suprimido. A pesar de las altas temperaturas y presiones, los costes energticos son similares y hasta menores que el proceso anterior.

VIII.8.3

Reactor ultrasnico

En este mtodo, las ondas ultrasnicas hacen que la mezcla produzca burbujas que chocan entre s constantemente. Esta cavitacin provee simultneamente el movimiento y calentamiento requerido para la transesterificacin. Consecuentemente, usar un reactor ultrasnico reduce significantemente el tiempo, las temperaturas y la energa necesarios. Por consiguiente, este proceso puede cubrir varias etapas en un mismo perodo de tiempo en vez del proceso por lotes. VIII.8.4 Mtodo de microondas

Se est investigando actualmente el uso de hornos microondas para proveer la energa necesaria en la transesterificacin. Los microondas proveen calor intenso concentrado que puede ser mayor que el mismo dentro del recipiente en una reaccin por lotes. Un proceso de 6 litros por minuto con una conversin de 99% ha demostrado que consume un cuarto de la energa requerida en el proceso por lotes. El proceso sigue siendo para uso cientfico y en etapa de desarrollo. VIII.8.5 Usando enzimas lipasa

La lipasa es una enzima que se usa en el organismo para disgregar las grasas de los alimentos para que se puedan absorber. Se han hecho una gran cantidad e investigaciones usando enzimas como catalizador. Los mismos muestran que se pueden obtener un muy buen rendimiento. El uso de lipasa hace la reaccin menos sensible a grandes cantidades de AGL (que son un problema en la produccin comn). VIII.9 Aplicaciones

El biodiesel puede ser utilizado en estado puro (B100) o puede ser mezclado con diesel de petrleo en las operaciones de concentracin en la mayora de la bomba de inyeccin diesel. Nueva extrema alta presin (29.000 psi) a los motores tiene lmites estrictos fbrica de B5 o B20 segn el fabricante. El biodisel tiene diferentes propiedades disolventes que el petro disel y se degradar juntas de caucho natural y de las mangueras en los vehculos (en su mayora vehculos fabricados antes de 1992), aunque stos tienden a llevar a cabo de forma natural y es muy probable que ya hayan sido reemplazados por FKM, que no es reactiva al biodiesel. El biodiesel se ha sabido romper los depsitos de residuos en las lneas de combustible, donde se ha utilizado el petro disel. Como resultado, los filtros de combustible pueden ser obstruidos con partculas si una transicin rpida de biodisel puro se hace. Por lo tanto, se recomienda cambiar los filtros de combustible en los motores y calentadores poco despus de primero de cambiar a una mezcla de biodiesel VIII.9.1 Estados Unidos

En septiembre de 2005 Minnesota fue el primer estado en obligar a que el disel comercializado contenga al menos un 2% de biodisel.

VIII.9.2

Uso vehicular y aceptacin de fabricantes

En 2005, Chrysler lanz la Jeep Liberty CRD basada en diesel con mezcladores de 5% de biodiesel. En 2007, la misma marca indic que incrementara la mezcla a 20% si se estandarizaba el biodiesel en los Estados Unidos. Desde el 2004, la ciudad Halifax, Nueva Escocia, actualiz su sistema de transporte pblico para que los autobuses anduvieran con biodiesel puro de aceite de pescado. En un principio surgieron dificultades tcnicas, pero con el tiempo se superaron. En 2007 Mc Donalds del Reino Unido anunci que convertira su aceite usado en biodiesel para abastecer a los mnibus de este pas. VIII.9.3 Uso en trenes

Virgin Trains (compaa de trenes Britnica) dijo que tiene el primer tren a biodiesel B20 y que reduca en un 14% las emisiones. El Tren Real el 15 de septiembre de 2007, complet su primer recorrido con B100 abastecidos por Green Fuels Ltd. La realeza, el prncipe de Gales y el director de Green Fuels, fueron los primeros pasajeros en un tren corriendo 100% biodiesel. Desde ese entonces, el tren opera exitosamente con biodiesel puro. Tambin en Disney, los trenes del parque corren con B98 desde el 2007. En el 2008 se cancel el proyecto por falta de abastecimiento, pero en 2009 lo retomaron usando biodiesel a partir de aceites usados del parque. VIII.9.4 Aceite de calefaccin

El biodiesel puede ser usado tambin como combustible de calefaccin en calderas domsticas y comerciales. Una mezcla de 20% de biodiesel y 80% de aceite es la recomendada para no modificar nada. Se debe tener cuidado en el primer uso porque los residuos del diesel son removidos y pueden obstruir caeras, un cambio de filtro es necesario. Otra idea es usar biodiesel progresivamente para que las obstrucciones no ocurran con tanta facilidad. Esto genera una ventaja: el sistema se limpia y su rendimiento aumenta. Algunos estudios afirman que si se usara biodiesel B20 en los hogares, las emisiones de CO2 se reduciran en 1.5 millones de toneladas por ao. En Massachusetts, una ley ordena que todo diesel para calentar debe ser 2% biodiesel para 2010 y para 2013, 5%.

VIII.10 VIII.10.1y

Ventajas e inconvenientes Ventajas

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El biodisel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehculos, como son el monxido de carbono y los hidrocarburos voltiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partculas, en el de los motores disel. La produccin de biodisel supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenmenos de erosin y desertificacin a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrcolas que, por razones de mercado, estn siendo abandonadas por los agricultores. El biodisel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petrleo, constituyendo as un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte. Por su mayor ndice de octano y lubricidad reduce el desgaste en la bomba de inyeccin y en las toberas. No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de combustin. El biodisel tambin es utilizado como una alternativa de aceite para motores de dos tiempos, en varios porcentajes; el porcentaje ms utilizado es el de 10/1. El biodisel tambin puede ser utilizado como aditivo para motores a gasolina (nafta) para la limpieza interna de estos. Inconvenientes

VIII.10.2y

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La explotacin de plantaciones para palmas de aceite (utilizadas para hacer biodisel) fue responsable de un 87% de la deforestacin de Malasia hasta el ao 2000. En Sumatra y Borneo, millones de hectreas de bosque se convirtieron en tierra de cultivo de estas palmeras y en los ltimos aos se ha conseguido ms que doblar esa cifra, la tala y los incendios perduran. Hasta deforestaron por completo el famoso parque nacional Tanjung Puting de Kalimantan. Orangutanes, gibones, rinocerontes, tapires tigres, panteras nebulosa, etc. se van a extinguir por la destruccin del hbitat. Miles de indgenas han sido desalojados de sus tierras y 1500 indonesios fueron torturados. Pero los gobiernos, mientras Europa siga comprando su palma de aceite para hacer biodiesel, seguirn promoviendo el cultivo de estas plantas para su propio beneficio. Debido a su mejor capacidad solvente con respecto al petro disel, los residuos existentes son disueltos y enviados por la lnea de combustible, pudiendo atascar los filtros, caso que se da nicamente cuando se utiliza por primera vez despus de haber estado consumiendo disel mineral. Tiene una menor capacidad energtica, aproximadamente un 3% menos, aunque esto, en la prctica, no es tan notorio ya que es compensado con el mayor ndice cetano, lo que produce una combustin ms completa con menor compresin. Ciertas hiptesis sugieren que se producen mayores depsitos de combustin y que se degrada el arranque en fro de los motores, pero esto an no est documentado. Otros problemas que presenta se refieren al rea de la logstica de almacenamiento, ya que es un producto hidrfilo y degradable, por lo cual es necesaria una planificacin exacta de su produccin y expedicin. El producto se degrada notoriamente ms rpido que el petro disel. Hasta el momento, no est claro el tiempo de vida til del biodisel; algunos sostienen que posee un tiempo de vida muy corto (meses), mientras que otros afirman que su vida til

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llega incluso a 10 aos o ms. Pero todos concuerdan que depende de su manipulacin y almacenamiento. Su combustin puede acarrear un aumento de xidos de nitrgeno (NOX). Presenta problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a 0C) Presenta escasa estabilidad oxidativa, y su almacenamiento no es aconsejable por perodos superiores a 6 meses. Su poder solvente lo hace incompatible con una serie de plsticos y elementos derivados del caucho natural, y a veces obliga a sustituir mangueras en el motor. Su carga en tanques ya sucios por depsitos provenientes del gasoil puede presentar problemas cuando por su poder solvente "limpia" dichos depsitos, acarrendolos por la lnea de combustible.

El rendimiento promedio para oleaginosas como girasol, man, arroz, algodn, soja o ricino ronda los 900 litros de biodisel por hectrea cosechada. Esto puede hacer que sea poco prctico para pases con poca superficie cultivable; sin embargo, la gran variedad de semillas aptas para su produccin (muchas de ellas complementarias en su rotacin o con subproductos utilizables en otras industrias) hace que sea un proyecto sustentable. No obstante, se est comenzando a utilizar la jatrofa para producir aceite vegetal y, posteriormente, biodisel y que puede cultivarse incluso en zonas desrticas VIII.11 Investigaciones actuales

Se estn llevando a cabo investigaciones para encontrar mejores materias primas y mejorar el rendimiento del biodiesel. Usando las ganancias actuales, vastas cantidades de tierra y agua se necesitaran para producir suficiente aceite para reemplazar completamente los combustibles fsiles. Se necesitaran el doble de rea de Estados Unidos para soja o dos tercios para colza para cubrir las necesidades de calefaccin y transporte de este pas. Muchas variedades de mostaza parda tienen un rendimiento muy alto y son muy tiles en la rotacin de cultivo con cereales, y tiene la ventaja que las sobras despus de producir el aceite son un muy buen pesticida natural. La NFESC (Naval Facilities Engineering Service Center) y las Industrias productoras de biodiesel de Santa Brbara, California; estn desarrollando nuevas tecnologas para la armada y marina de EE. UU., uno de los usuarios ms importantes de diesel del mundo. Un grupo de cientficos espaoles trabajan para Ecofasa, una compaa que anunci hacer biodiesel con basura. El combustible es creado de basura urbana tratada con bacterias para producir cidos grasos. VIII.11.1 Biodiesel de alga

Desde 1978 a 1996, la U.S. NREL (National Renewable Energy Laboratory), experiment el biodiesel de alga en su proyecto Aquatic Species Program. Un artculo publicado por Michael Briggs, del grupo de biodiesel en la universidad de New Hampshire, propone un reemplazo realstico de todos los combustibles vehiculares usando algas con un contenido de aceite mayor del 50% que creceran en estanques en plantas potabilizadoras.

La produccin de aceite de alga no se ha llevado a cabo en escala comercial, pero estudios de factibilidad determinan que lo establecido arriba es posible. Adems, las algas no disminuiran la produccin de comida, ya que no requieren tierras arables ni agua potable. VIII.11.2 Hongos

Un grupo en la Academia Rusa de Ciencias en Mosc public un estudio en Septiembre del 2008 que aislaron grandes cantidades de lpidos de hongos unicelulares y los convirtieron en biodiesel de una manera sencilla y econmica. Un descubrimiento reciente es la bacteria Gliocladium roseum. sta fue encontrada en las selvas patagnicas y tiene la capacidad nica de convertir celulosa en hidrocarburos de longitud media, tpicos en el diesel. VIII.11.3 Biodiesel de tierras usadas de caf

Investigaciones en la universidad de Nevada, produjo exitosamente biodiesel a partir de aceite derivado de tierras usadas de caf. Su anlisis indicaba que la tierra contena entre un 10 y 15% de aceite. Una vez extrado el aceite, se someti a procesos convencionales y se obtuvo biodiesel. Se estima que, por este proceso, el biocombustible costara 20 centavos por litro producirlo. En la universidad dicen que es muy sencillo y que hay tantas plantaciones de caf que se podran hacer millones de litros anuales. No obstante, si se usan todos los campos de caf en el mundo, la cantidad producida no llegara al 1% del diesel usado en los Estados Unidos anualmente. VIII.12 Composicin

El aceite de palma es saturado hasta en un 50%, su composicin en promedio es:y y y

40-48% cidos grasos saturados (principalmente palmtico) 37-46% cidos grasos mono insaturados (principalmente oleico) 10% cidos grasos poli insaturados.

Este aceite debido a su alta proporcin de grasas saturadas en su composicin se le atribuye propiedades negativas para la salud humana ya que su consumo prolongado y abundante puede subir la proporcin de colesterol LDL en sangre. Industria del aceite de palma El aceite de palma se extrae de la porcin pulposa de la fruta mediante varias operaciones. Se afloja la fruta de los racimos utilizando esterilizacin a vapor. Luego los separadores dividen las hojas y los racimos vacos de la fruta. Despus, se transporta la fruta a los digestores, donde se la calienta para convertirla en pulpa. El aceite libre se drena de la pulpa digerida y luego sta se exprime y se centrifuga para extraer el aceite crudo restante. Es necesario filtrar y clarificar el lquido para obtener el aceite purificado. Los residuos de la extraccin, con las nueces rotas y las cscaras. Entonces es necesario secar las semillas de la palma y colocarlas en las bolsas para su almacenamiento y extraccin posterior, algo que, generalmente, se realiza en otro lugar.

El procesamiento del aceite de palma produce grandes cantidades de desperdicios slidos, en la forma de hojas, racimos vacos, fibras, cscaras y residuos de la extraccin. Los racimos contienen muchos alimentos recuperables, y pueden causar molestias y problemas, al tratar de desecharlos. Normalmente, las fibras, cscaras y otros residuos slidos se queman como combustible, para producir vapor. La quema incontrolada de los desechos slidos, y el escape del aire utilizado para separar las cscaras de las pepas, causan contaminacin atmosfrica. Los desperdicios lquidos se producen, principalmente, en los esterilizadores, y en el clarificador del aceite. Las causas principales de contaminacin son las siguientes:y y y y y

La demanda de oxgeno bioqumico y qumico, Los slidos en suspensin, El aceite y la grasa El nitrgeno y Ceniza orgnica.

Sin embargo se est desarrollando por diferentes partes del mundo sistemas de tratamiento ecolgicos de los desechos de la industria. Empresas como Biotec (www.bio-tec.net) se concentran en el tratamiento mediante biodigestin de los desechos. Esta actividad tiene muchas ventajas:y y y

tratamiento de calidad de los desechos generacin de biogs, una energa alternativa, permitiendo reducir la cantidad de gases a efecto invernadero generacin de un fertilizante de muy buena calidad, lo cual permite reducir indirectamente las producciones de grandes firmas fitosanitarias

Mejora del rendimiento econmico de las plantas, ya que producen la energa necesaria para su funcionamiento y la energa sobrante puede venderse a la red elctrica nacional. IX. CONCLUSIONES El biodiesel representa una alternativa extremadamente til para un departamento agrcola como santa cruz. Su aplicacin comercial a gran escala no implica inversiones extras en adaptacin, genera puestos de trabajo, y puede llegar a ser econmicamente rentable. El contenido de agua disuelta del metil ster de girasol (as como del metil ster de soja) puede sobrepasar ampliamente los lmites exigidos por las normas internacionales de calidad de biodiesel, y se considera que los lmites de las normas DIN y ASTM sobre contenido de agua no debieran ser taxativas. Las bajas emisiones de combustin convierten al biodiesel en una alternativa atrayente para ciudades con problemas de contaminacin severos, o ambientes frgiles (como Parques Nacionales) Las extensas pruebas realizadas en todo el mundo con ste combustible demuestran que el mismo es competitivo con la gasolina, y representa una de las alternativas ms viables en el campo de las energas renovables. La reduccin neta de humos (en escala lineal) fue de cerca de un 43%. El aumento de humos derivados de la combustin de gasoil fue de un 75% respecto a las emisiones del biodiesel.

La simplicidad del proceso de produccin torna al Biodiesel en una alternativa interesante para el autoabastecimiento de combustible de empresas agropecuarias productoras de oleaginosas. El aceite de cocina usado es actualmente desechado o vendido a precios nfimos para su reutilizacin, y su aprovechamiento para su conversin en biodiesel debe ser estudiado tanto por las implicancias ambientales (reciclaje) como por su utilidad en trminos econmicos. Mayor aceptacin a los biocombustibles por parte de los agricultores y transportistas. Mayores cosechas de Palma para equilibrar la demanda de combustibles fsiles. Mayores ingresos por aceite de palma con valor agregado. Reducir la contaminacin ambiental. X. RECOMENDACIONES y y y y y Contar con reservas de palma para cubrir la demanda de la industria de biodiesel. Crear plantas de Biodiesel de palma en santa cruz de la sierra. Crear una planta de tratamiento de desechos (reciclaje) para la posterior elaboracin de fertilizantes naturales. Evitar el consumo humano del aceite de palma debido a su alto contenido de grasas saturadas. Reducir el impacto ambiental obteniendo la certificacin forestal.

XI.COSTOS y y y y y una planta con capacidad de produccin de 800.000 ton/ao tiene un costo de 750 MM$us. Una plantacin de palma tiene un costo de 11460 US$/ha. Costos por tonelada = valor presente costos x ha / valor presente produccin x ha Costo de produccin de aceite de palma US$/ton 485 Productividad cultivo (Ton de fruto/ha) 23,6

XII.IMPACTO AMBIENTAL y y y y Deforestacin de bosques, en la bsqueda de espacios de cultivo para la palma. Riesgo de extincin de especies endmicas. Destruccin del hbitat de plantas y animales. Grandes emisiones de CO2

XIII. ANEXOS