BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología 1 BIODIESEL Obtención Aplicaciones Tecnología...

BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología

1

BIODIESEL Obtención

Aplicaciones

Tecnología del motor

Mayra Melián RodríguezTecnología Energética


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Introducción

… tenemos un gran problema …

… y tiene difícil solución …

¡¡ Nos enfrentamos a una escasez de combustibles derivados del petróleocombustibles derivados del petróleo !!


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Introducción

… Hay que buscar soluciones viables para en el mañana disponer de combustibles …

Aprendiendo de los errores del presente y del pasado para evitarlos en el futuro …

¿ COMO ?

HACIENDO USO DE LA CIENCIA Y LA TÉCNICA


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Reseña histórica

Desde la antigüedad, el hombre ha utilizado la LEÑA y la PAJA, para calentarse

También conocía los aceites para iluminarse

Usó el carbón vegetal para trabajar metales


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Reseña histórica

Una forma moderna de llamar a la paja, la madera, el carbón vegetal, los aceites … es llamarlos BIOCOMBUSTIBLES!

Con el descubrimiento del petróleo, este desbancó a los combustibles tradicionales.


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…Y todo fue muy bien, hasta la crisis del petróleo de 1973, donde se empezó a volver a tomar conciencia de que existen otras alternativasal petróleo…

EL HOMBRE SE DIO CUENTA DE QUE EL PETRÓLEO NO ERA ETERNO


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Reseña histórica

… Entonces, es sabio mirar atrás…

Y utilizar el conocimiento para corregir los fallos del pasado, para no volver a cometerlos en el futuro…


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¿ Qué es un biocombustible?

Definición: Se entiende por biocombustible a aquel combustible de origen biológico que no se ha fosilizado.

Estos biocombustibles, son una alternativa viable y ecológica a los combustibles fósiles

PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN


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Clasificación de los biocombustibles

Su clasificación se hace en base a su estado físico:


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Ventajas de los biocombustibles

Presentan las siguientes ventajas:

Disminución de emisiones Biodegradables y

renovables

¡ Cierran el ciclo del

Carbono!


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Ventajas de los biocombustibles

Pueden se la solución a los problemas ambientales que estamos detectando…

¡¡ HAY QUE DESARROLLAR TECNOLOGÍAS !!


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Biocombustibles líquidos

… y una de estas tecnologías es la utilización de BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS…

Para alimentar a la voráz

GENERACIÓN DEL GENERACIÓN DEL COCHECOCHE


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Los biocombustibles líquidos

Estos se pueden obtener de tres tipos de cultivos

Cultivos azucareros: Etanol por vía fermentativa

Cultivos oleaginosos: Aceites vegetales

Cultivos forestales: Metanol, líquido piroleñoso, gas

¡¡ Los dos primeros son potencialmente explotables y muy conocidos !!


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Aceites Vegetales

Desde la antigüedad el hombre ha conocido las propiedades combustibles de los aceites vegetales, que utilizaba para la iluminación.

Y sabia como aprovecharlos…


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Aceites Vegetales

A finales del siglo XIX, Diesel patentó su motor (1893)

Utilizó aceite para hacer funcionar su motor en la Exposición Mundial de París de 1900 Rudolf Diesel

¡ y gané el primer premio!


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Problemas de los aceites vegetales

Con motores convencionales:

Alta densidad Inestabilidad Alto coste vs. Gasóleo Viscosidad Elevada Mayor consumo Menor rendimiento


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Posibles Soluciones

Utilizar motores de inyección indirecta que calienten el aceite

Modificar las propiedades del mismo. Reacción de Transesterificación


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Biodiesel

Definición: El biodiesel se puede definir como un combustible alternativo, producido a partir de aceites vegetales, aceites y grasas de fritura reciclados o grasas animales.

Se considera una fuente renovable, porque la planta produce aceite a partir del aire y la luz solar, dos fuentes inagotables.


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Biodiesel

MATERIAS PRIMAS Ésteres de ácidos grasos

+ Aceites Vegetales

+ Grasas Animales

+ Aceites de Fritura Usados Alcoholes

+ Metanol

+ Etanol


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Biodiesel. Clasificación

GENERAL: FAME’s (Fatty Acid MethylEster)

SME: Soy/Sunflower MethylEster, obtenido a partir de aceite de semilla de soja o girasol.

CME: Canole MethylEster, la materia prima es el aceite de canola.

LME: Lard MethylEster, obtenido a partir de manteca de cerdo.

ETME: Edible Tallow MethylEster, este éster es fabricado utilizando grasas comestibles


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ITME: Inedible Tallow MethylEster, se obtiene de grasas no comestible

LYGME: Low Free Fatty Acid MethylEster, con esta calificación nos referimos a aceites de buena calidad

HYGME: High Free Fatty Acid MethylEster, esta denominación se aplicará cuando son aceites reciclados


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•Según la materia prima que elijamos, tendremos distintas proporciones de ésteres. Los más adecuados son los saturados, por su estabilidad.


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Las especificaciones del biodiesel están recogidas en dos normas aceptadas internacionalmente:

- ASTM D6751 (B20 y B100)

- DIN E51606 (B100)


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Biodiesel. Especificaciones ASTM D6751-3


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Biodiesel. Especificaciones


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Biodiesel. Caracteristicas

Viscosidad similar al gasóleo Elevado número de cetano Reducción de las emisiones 31% de los costes de producir la misma

cantidad de gasóleo No tóxico y seguro Ecológico y renovable


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Números de cetano


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Comparativa de propiedades


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Ventajas del Biodiesel

Menos emisiones• Partículas• HC’s• PAH• SO2

¡¡Aumento de Nox!!


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Ventajas del Biodiesel

Cierra el ciclo del carbono

No es tóxico ni peligroso

Aumento del rendimiento

Poder lubricante


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Inconvenientes del Biodiesel

Perdida de entre un 5-10% de potencia Aumento de emisiones de NOx

Residuos en inyectores, válvulas y pistón Dilución del aceite lubricante Mayor ensuciamiento de los filtros Ataque a diversos polímeros Problemas de arranque en frío


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Soluciones. Motores

Trabajar con sistemas adaptados:

Motores duales: Gasoleo + Biodiesel

Motores de inyección indirecta. Precámara.

Motores con precalentamiento. Deutz

Motores especiales. Elsbett


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Motor Elsbett

Motor Semiadiabático

Refrigeración por aceite

Alcanza 1300ºC en el núcleo

Motor Policarburante


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Motor Elsbett

Para alcanzar las prestaciones:

Pistón de diseño específico

Inyectores especiales

Circuito estanco de refrigeración por el propio aceite lubricante


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Motor Elsbett


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Motor Elsbett

Disposición de la inyección e inyectores


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Motor Elsbett

Tiene un mayor rendimiento termodinámico, por operar a mayor temperatura.

Puede operar en un rango elevado de viscosidades (2-40 cSt a 40ºC)

Funciona con aceites, biodiesel, gasóleos

Posibilidad de adaptabilidad a cualquier vehículo


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Proceso de Fabricación

OBJETIVOS Hacer reaccionar los

aceites con el alcohol Máxima conversión Separación de

productos - Metilester- Glicerina

Proceso rápido y seguro


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Proceso de fabricación

MICROEMULSIÓN

PIRÓLISIS

DILUCIÓN Y MEZCLADO

TRANSESTERIFICACIÓN


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La reacción Química

Reacción de Transesterificación Requiere catalizador y temperatura alta (~50ºC) Aplicable a Aceites (Triglicéridos)


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Tipos de Catálisis

Catálisis Ácida: Sulfúrico, Sulfónico

~ 3 horas, 100ºC , no agua, 1-2 % Catálisis Básica: NaOH, KOH

~ 1,5 horas, 60ºC

Catálisis Básica: Metóxidos de Na y K

~ 30 minutos, 50ºC 0,5 %

Elevadas conversiones > 98% Catálisis Heterogénea


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El proceso

Procesado de la semilla Filtración y limpieza del

aceite, si es usado Preparación del

catalizador Reacción de

transesterificación Separación de

productos


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El proceso. Problemas

Proceso discontínuo

Rentabilidad limitada Difícil control de las

especificaciones Tecnología poco

madura


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Reactor


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Situación Actual en España

Plantas operativas:- Bionor: 20000 t/año- Stocks: 6000 t/año- Biodiesel: 35000 t/año

En ejecución:- Bionet: 50000 t/año- Biocarburants: 100000 t/año- Biodiesel IDAE: 5000 t/año


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Nuevas Tecnologías

Trabajar en contínuo: Catálisis Heterogénea

Varias líneas de investigación:

1. Intercambio iónico

2. Enzimas inmovilizadas

3. Zeolitas4. Catalizadores de Zr y Ti

La más prometedora


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Catálisis con Zeolitas

Pumitas acidificadas Zeolitas Tipo Y Catalizador de FCC,

HZSM-5 H-mordenita Silicatos de aluminio Sílice amorfa

mesoporosa dopada


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Catálisis con Zeolitas Y

Reactor lecho fijo (ULL) Distintos tipos de Zeolitas comerciales tipo Y (ULL)

Mejor Resultado:

Zeolita Y530 , a 466ºC (t~ 12 min)

Sílice mesoporosa

amorfa (MCM-41) (UMA)

Resultados por determinar


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Conclusiones

El biodiesel es una alternativa a los combustibles fósiles, pero NO LA SOLUCIÓN

Apostar por las energías renovables Considerar tecnologías existentes, pero de

poca difusión (Motor Elsbett) Otras fuentes potenciales: Etanol, Metanol,

DME, MTBE, ETBE


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Conclusiones

Inserción progresiva: Mezcla con gasóleos convencionales: B20 (20% Biodiesel)

Introducir el proceso continuo (catálisis heterogénea)

Concienciar al mercado de la potencialidad de esta alternativa.

Cuestiones políticas


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BIOETANOL

El bioetanol se produce a partir de materiales con biomasa celulósica, abarcando este término toda la materia orgánica de origen vegetal, incluyendo también los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.


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Tipo de Proceso: FERMENTACIÓN

Fermentación alcohólica azúcares simples como por ejemplo la

glucosa se convierte en alcohol etílico y dióxido de carbono.

Llevada a cabo mayoritariamente por levaduras “Saccharomyces cerevisiae ”


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Proceso de produccion del Etanol

Bajo coste del transporte de las materias primas

Bajo coste de la conversión de polímeros a mono y disacáridos utilizables

Uso de cultivos mixtos para catabolizar diferentes substratos y convertirlos en metabolitos deseados


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Utilización de procesos anaerobios debido a la elevada demanda de energía de la aireación

Uso de cepas termófilas para ahorrar costes en enfriamiento, conseguir velocidades de conversión más altas y reducir la contaminación


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El proceso debe ser adaptable al cultivo continuo

Bajo coste de la recuperación y concentración


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Biosintesis del Etanol

GLUCOSA GlucólisisPIRUVATO Piruvato descarboxilasa. Mg2+. Pirofosfato

de tiaminaACETALDEHIDO + CO2 Alcohol deshidrogenasa.NADH2ETANOL


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Etapas Proceso Producción Etanol

Preparación de la solución de nutrientes

Fermentación

Balance de Energía


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Importancia del Bioetanol

Aditivo en nuestras gasolinas, está presente por tanto en todos los sitios , todos los días.

Economía Científico Medio ambiental Social


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Bioetanol en España

Planta Gallega (Teixeiro)

Planta de Salamanca (Babilafuente)


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BIODIESEL Y BIOETANOL

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