ESCUELA PREPARATORIA OFICIAL No. 37

PROYECTO: CONCURSO ¿CÓMO SE HACE LA CIENCIA?

COMBUSTIBLE VERDE, UNA TECNOLOGÍA ALTERNATIVA

“2009. Año de José Maria Morelos y Pavón, Siervo de la Nación”

CLAVE FEDERAL: 1593970 CLAVE ESTATAL: 0008TUEPUM0037 C.C. DE TRABAJO: 15EBH0106H

DATOS GENERALES

Institución: Escuela Preparatoria Of. No. 37 Ciclo Escolar: 2008-2009

Documento: Concurso ¿Cómo se hace la ciencia?

Responsables: Fernando Torres García Humberto Hugolino Villalobos Galindo

Fecha: Marzo de 2009

CONTENIDO

Cedula de registro

Introducción

Justificación

Objetivos

Planteamiento del problema

Hipótesis

Cronograma de actividades

Marco teórico

Desarrollo experimental

Cotización

Resultados obtenidos

Conclusión

Fuentes electrónicas

ESCUELA PREPARATORIA OFICIAL No. 37

CLAVE FEDERAL: 1593970 CLAVE ESTATAL: 0008TUEPUM0037 C.C. DE TRABAJO: 15EBH0106H

5° CERTAMEN ¿CÓMO SE HACE LA CIENCIA?

ESCUELA PREPARATORIA OFICIAL No. 37

PROYECTO:

COMBUSTIBLE VERDE, UNA ENERGÍA ALTERNATIVA

Descripción: El presente proyecto desarrolla una tecnología basada en la obtencion de etanol a partir de materia orgánica producto de los desechos generados en el hogar como una vía alterna a solución de la crisis energética mundial.

ALUMNOS PARTICIPANTES: 1. ASAEL JOSE PINEDA VARGAS 2. IZAMAT OLIVA TAPIA 3. DIANA MONTSERRAT MARTÍNEZ MUÑOZ

ASESORES: 1. PROFR. HUMBERTO HUGOLINO VILLALOBOS GALINDO 2. PROFR. FERNANDO TORRES GARCÍA

A T E N T A M E N T E

______________________________________ PROFR. SANTIAGO RODRÍGUEZ PÉREZ

DIRECTOR ESCOLAR

“2009. AÑO DE JOSE MARIA MORELOS Y PAVON, SIERVO DE LA NACIÓN”

INTRODUCCIÓN

Uno de los grandes problemas de nuestra sociedad actual es el grave deterioro

del planeta que habitamos, la sobreexplotación de los recursos naturales crece de

manera alarmante y la naturaleza pierde la capacidad de recuperarse en función

de la demanda. La dependencia del combustibles fósiles para que la maquinaria

del mundo funcione se ha convertido en motivo de muchos conflictos y la principal

causa de pobreza de muchos países que no cuentan con estos recursos, por ello

es importante que se busquen nuevas alternativas que ayuden a aminorar este

problema, reducir la dependencia del petróleo como única fuente de energía y

voltear a combustibles más limpios y que no incrementen el detrimento de nuestro

de por si dañado planeta es de vital importancia, así pues, el presente trabajo

busca desarrollar nuevas alternativas para la utilización de energías verdes bajo la

premisa de que se reduzca el consumo de recursos no renovables como es el

petróleo y se utilicen recursos más económicos como es la basura para que a

partir de ellos producir combustibles de calidad, y a vez, beneficien al planeta.

Como ya mencionamos anteriormente se busca obtener combustibles a partir

de recursos más económicos como es la basura generada en los hogares, es asi

como este proyecto se desarrolla, tomamos basura, la separamos para obtener

únicamente la materia orgánica y la sometemos a un proceso con el cual se

obtiene etanol, cabe aclarar que no es etanol puro, pero si con una alta

concentración que después pude depurarse aun más para así lograr una pureza

del 100%, hecho esto podemos demostrar que se pueden obtener combustibles

de otras fuentes y reducir la dependencia de recursos no renovables.

1. JUSTIFICACIÓN

Es importante reconocer que en la actualidad la mayor parte de las

necesidades energéticas se cubre a partir de uso de combustibles fósiles,

además por la tecnología con que se dispone, no se puede prescindir de madera

inmediata del uso de combustibles como la gasolina y el diesel. El uso excesivo de

estos ha provocado en gran medida problemas severos de contaminación

ambiental y las consecuencias que ya conocemos como el calentamiento global.

Así pues creemos que si producimos etanol a partir de materia orgánica de

desecho contribuiremos en reducir el uso de combustibles fósiles y por lo

consiguiente la emisión de gases contaminantes es importante mencionar que

actualmente la exposición de los residuos orgánicos que se producen la mayor

parte son confinados en rellenos sanitarios y una porcentaje menor para la

elaboración de composta.

2. OBJETIVOS

A través de un proyecto de investigación el alumno podrá desarrollar

sus habilidades de aprendizaje aplicándolas en el avance científico y

tecnológico y con ello resolver necesidades de su comunidad.

3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Obtención de etanol mediante un proceso de destilación a partir de la

descomposición controlada de materia orgánica de la basura de los hogares.

Mediante el empleo de etanol disminuir el consumo de combustibles fósiles.

Organizar actividades que motiven a los alumnos a generar un proyecto

científico el cual resuelva una problemática actual y se acerque a los

lineamientos que se estipulen para participar en el concurso.

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿Es posible obtener etanol mediante un proceso químico de los desechos

orgánicos que se generan día a día en los hogares de nuestra sociedad?

¿Puede ser el etanol una alternativa de combustible que sustituya a la gasolina

como solución a la crisis energética mundial?

En base a las investigaciones realizadas creemos que es posible obtener etanol

a partir de la degradación de la materia orgánica y que este puede ser utilizado

como una alternativa que disminuirá el uso actual de los combustibles fósiles.

5. HIPÓTESIS

Si recopilamos desechos orgánicos producidos en los hogares como son

residuos de frutas y verduras, y estas se someten a un proceso químico

entonces obtendremos etanol.

Si desarrollamos un proceso de fermentación y destilación para transformar la

materia orgánica en la obtención de etanol, entonces reduciremos el consumo

de combustibles fósiles.

6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

No. ACTIVIDAD FECHA A REALIZAR

1 Elección del equipo de trabajo 1-5 septiembre

2 Determinación del tema con un enfoque

tecnológico 8-19 septiembre

3 Recopilación de propuestas 22-27 septiembre

4 Selección de proyecto 29-septiembre, 3 octubre

5 Investigación Documental 6-10 octubre

6 Diseño del proyecto 27 octubre -14 noviembre

7 Recopilación de recursos 17 noviembre- 5 diciembre

8 Ejecución del proyecto 7 enero-27 febrero

9 Resultados 2- 20 marzo

10 Conclusiones 13-17 Abril

11 Presentación Fecha del concurso

7. MARCO TEÓRICO

7.1 Energía Renovable

Se denomina recursos al conjunto de capacidades y elementos (tanto naturales

como producidos por el hombre), que se pueden utilizar para producir bienes o

servicios o tienen un valor intrínseco sin la necesidad de ser modificados, y que

son escasos en relación a su demanda actual o potencial.

Los recursos renovables son aquellos recursos cuya existencia no se agota con su

utilización, debido a que vuelven a su estado original o se regeneran a una tasa

mayor a la tasa con que los recursos renovables son disminuidos mediante su

utilización. Esto significa que ciertos recursos renovables pueden dejar de serlo si

su tasa de utilización es tan alta que evite su renovación. Dentro de esta categoría

de recursos renovables encontramos al agua y a la biomasa. Algunos recursos

renovables se clasifican como recursos perpetuos, debido a que por mas intensa

que sea su utilización, no es posible su agotamiento. Dentro de esta categoría de

recursos renovables se encuentran la energía hidroeléctrica, la radiación solar, el

viento y las olas.

7.2 Panorama mundial de las energías alternativas

La economía necesita combustible para moverse, pero el petróleo se agota y su

alternativa natural, los biocombustibles, está empezando a preocupar a los

productores de alimentos básicos. Además del problema de la sequía en

Argentina y el aumento del consumo de cereales en China, los biocombustibles

están influyendo en el alza de precios de la leche o el pan. Ahora se ha abierto

una investigación sobre otra materia que puede convertirse en la nueva gasolina

verde: la basura.

En la actualidad, los desechos orgánicos de cada hogar se destinan a los

vertederos, bien para tratar, y en su caso incinerar, o bien para utilizarlos como

composta que se destina a biomasa para la producción de energía o abono. Una

nueva alternativa es que estas basuras domésticas se lleven a una planta

específica para producir etanol.

7.3 Clasificación de la basura

La basura se clasifica de acuerdo con el tipo de material de desecho, que puede

ser orgánico o inorgánico.

Los desechos orgánicos provienen de la materia viva e incluyen restos de

alimentos, papel, cartón y estiércol.

Los desechos inorgánicos provienen de la materia inerte como el vidrio,

plásticos, metales, y otros materiales.

La basura también se puede clasificar según el tiempo que tardan sus materiales

en degradarse por la acción de los organismos descomponedores llamados

bacterias y hongos. Así, los desechos se clasifican en biodegradables y no

biodegradables.

Los desechos biodegradables se descomponen en forma natural en un

tiempo relativamente corto. Por ejemplo: los desechos orgánicos como los

alimentos, tardan poco tiempo en descomponerse.

Los desechos no biodegradables no se descomponen fácilmente sino que tardan

mucho tiempo en hacerlo. Por ejemplo: el vidrio tarda unos 4.000 años, el plástico

tarda de 100 a 1.000 años, una lata de refresco tarda unos 10 años y un chicle

unos cinco años.

7.4 Alcohol

En química se denomina alcohol a aquellos hidrocarburos saturados, o (alcanos)

que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno

enlazado de forma covalente.

Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios, o terciarios, en función del

número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se

encuentran enlazado el grupo hidroxilo.

7.5 Etanol

El compuesto químico etanol, o alcohol etílico, es un alcohol que se presenta

como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Al

mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica.

Su fórmula química es CH3-CH2-OH, principal producto de las bebidas alcohólicas

como el vino.

7.6 Procesos de obtención del etanol

7.6.1 Destilación por fragmentación

Esta es una de las destilaciones más lentas de la malta, para producir alcohol.

Para obtener un alcohol lo más puro posible tendrá que utilizar la columna de

destilación. La columna es un tubo vertical que tiene una longitud de 590 mm o

más del vaso de ebullición. La columna usualmente se llena con una de manera

no simétrica con el largo de la superficie lo más posible. Pasan los valores atrás

de la columna cuando esta frió baja líquido el alcohol. La ebullición sube por todo

la columna. Ya que son diferentes los puntos de ebullición de agua y el alcohol.

Inician la separación ocurriendo en la columna y es cuando se ocasiona una gran

fragmentación. La temperatura de la base de la columna normalmente viene del

vaso de ebullición (hacia el agua de unos 100 grados centígrados) y la

temperatura de la parte superior esta regulada por la temperatura de la fuente de

78 grados Centígrados. Pasando desde la base la parte superior la temperatura no

gotea de ninguna manera arriba. Si la masa (agua) con una gran ebullición el

punto de condensación correrán hacia abajo dentro del baso de ebullición, y las

gotas de alcohol se obtienen a través sin condensación. Esto se puede mejorar

con una columna de 2-3 de estos tubos a través del agua fría que pase a través.

Los tubos que bajan fríos de la columna de llenado, y es por el proceso de

enfriado, el agua se produce aceite saturados por separados extremadamente

efectiva y rápida de condensación en el sistema de enfriamiento. Para regular la

velocidad de enfriamiento del agua se puede regular la temperatura de la parte

superior de la columna. Para un poderoso enfriamiento (incremente el flujo del

agua) las temperaturas frías bajan como efecto de lluvia. Esto significa que

estamos a un paso mas de enfriamiento. Una de las fuentes las columnas

ásperas. La columna es mucho más efectiva si se fracciona. Pero en una

destilación casera únicamente de 590 mm (2pies) de largo de la columna es

necesaria. Lo largo de la columna únicamente fraccionada mejora los resultados.

NOTA. Si no hay tubos de enfriamiento a lo largo de la columna necesita la

columna 20 veces de ancho y no mínimo de 3-4 pies. También se necesita ser

aislado. Una destilación con aparatos provistos con una columna corresponde a

una altura normal de destilación. Después de que la columna es colocada en el

enfriador de condensador es donde el alcohol se condensa y toma forma liquida.

La destilación obtiene mejores resultados con una temperatura de destilación

desde el punto de ebullición. El punto de ebullición del alcohol de 95% es de 78.15

grados centígrados. 78.15 grados centígrados es la temperatura mejor para

producir una destilación de alcohol de 95% con un punto de ebullición de 78.15

grados centígrados.

7.6.2 Levadura

Las levaduras, ¿qué son?

Levadura, cualquiera de los diversos hongos microscópicos unicelulares que son

importantes por su capacidad para realizar la fermentación de hidratos de

carbono, produciendo distintas sustancias. Las levaduras son abundantes en la

naturaleza, y se encuentran en el suelo y sobre las plantas. La mayoría de las

levaduras que se cultivan pertenecen al género Saccharomyces, como la levadura

de la cerveza, que son cepas de la especie Saccharomyces cerevisiae. Para

ampliar la información sobre fisiología y reproducción de las levaduras.

Las levaduras se han utilizado desde la prehistoria en la elaboración del pan y del

vino, pero los fundamentos científicos de su cultivo y uso en grandes cantidades

fueron descubiertos por el microbiólogo francés Louis Pasteur en el siglo XIX. Hoy

se utilizan en distintos tipos de fermentación. Los diferentes usos de las levaduras

son: como fuente de vitaminas del complejo B y de tiamina, en algunas fases de la

producción de antibióticos y hormonas esteroides, y como alimento para animales

y seres humanos.

Las cepas puras de levaduras se cultivan en un medio con azúcares, compuestos

nitrogenados, sales minerales y agua. El producto final puede aparecer en forma

de células secas de levadura o prensado en pastillas con algún material

excipiente. Cuando se termina de utilizar un lote de levaduras destinadas a la

fabricación del pan, a usos médicos, o para fabricación de alimentos, el medio de

cultivo en el que han crecido se desecha. Sin embargo en la elaboración de vinos,

cervezas, licores y alcoholes industriales, el medio de cultivo es el producto final, y

en este caso son las propias levaduras las que se desechan, o bien se utilizan

como pienso o alimento para animales.

7.6.3 Fermentación

La fermentación es un proceso metabólico energético que comprende la

descomposición de moléculas, tales como carbohidratos, de manera anaerobia. La

fermentación ha sido utilizada desde tiempos antiguos en la preparación de

alimentos y bebidas. El desarrollo químico ha revelado la naturaleza biológica del

proceso de fermentación. El producto de la fermentación es el alcohol etílico,

pequeñas cantidades de propanol, butanol, ácido acético, y ácido láctico; los

alcoholes de alta concentración también se pueden formar. El alcohol etílico está

familiarizado con las bebidas alcohólicas. En su forma no natural es usado como

un solvente industrial y como materia prima para la manufactura de acetaldehido,

acetato etílico, ácido acético, dibromito de etileno, glicol y muchos otros químicos

orgánicos. El alcohol puro también puede ser utilizado para propósitos

medicinales, farmacéuticos y saborizantes.

7.7 Etanol a partir de la basura

¿Etanol a partir de la basura?

Si, el etanol es un alcohol que se fabrica convirtiendo los almidones en azúcares,

los azúcares son fermentados en etanol, que es luego destilado en su forma final.

Sus usos principales consisten en mejorar el desempeño de los vehículos y como

oxigenador de combustible para mejorar el perfil de emisiones de la gasolina

Hoy en día se utilizan tres tipos de materias primas para la producción a gran

escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

1. Sustancias con alto contenido de sacarosa como la caña de azúcar, la

remolacha, las melazas y el sorgo dulce.

2. Sustancias con alto contenido de almidón como el maíz, la papa y la yuca.

3. Sustancias con alto contenido de celulosa como la madera y residuos

agrícolas.

En cuanto al etanol hay muchas opiniones, la principal y que es un poco

preocupante es el hecho de que el etanol es extraído de cereales y debido a eso

algunos expertos opinan que gracias a eso se agrava el problema de hambre en el

mundo, al producir cereales para que su destino final sea fabricar combustible y no

para ser alimento.

Sin embargo Mercedes Ballesteros, investigadora de la Unidad de Biomasa del

Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas

(Ciemat), afirma que producir etanol es posible a partir de residuos sólidos

urbanos, es decir, de la basura doméstica orgánica. “Hemos buscado otras

materias que no compitan con los alimentos y hemos optado por los residuos”,

comenta.

De qué manera, pues es algo simple, Ballesteros explica que, para poder obtener

este alcohol, primero se separan los plásticos, metales, vidrios e inertes, que van

mezclados con el resto de basura orgánica. Una vez que los residuos están

limpios, se realiza un tratamiento químico con ácido diluido para convertir la

celulosa en glucosa y de ahí obtener etanol.

Sobre el tema del etanol o la investigación de nuevos combustibles, hay mucha

discordia, ya que los magnates del petróleo no quieren (y pues es obvio) que

utilicemos otros combustibles, porque afectan sus ventas, pero debemos ser

consientes y ayudar a este planeta a seguir adelante, ya que sin planeta no hay

petróleo, ni hay dinero (razón importante para esos inconscientes petroleros de no

dejar campo a nuevas alternativas), debemos ayudar, conservemos, no utilicemos

energía sin necesidad, no malgastemos el agua.

8. DESARROLLO EXPERIMENTAL 8.1 EQUIPO DE LABORATORIO: Estufa Matraz Tubos de ensaye Mechero Pinzas para tubo Soporte universal Tubo de refrigeración Papel filtro Mangueras de hule

Plástico negro Pinzas universales Nueces dobles Licuadora Tina de fermentación Tubo de precipitados Corcho Garrafón de vidrio Bomba de vació

Sustancias: Levadura de Cerveza Macerado de materia orgánica Agua

8.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PARA LA ELABORACIÓN DE ETANOL.

1. Se separa la materia orgánica de la basura seleccionando aquella

proveniente de alimentos de origen vegetal.

2. Se tritura toda la materia orgánica para obtener una masa homogénea.

3. Macerar en agua la materia orgánica en una proporción de:

75% de Materia orgánica.

25% agua.

4. Activar la levadura en una proporción de 2% del total de la masa con una

concentración del 2% a una temperatura de 40ºC.

5. Calentar el macerado a una temperatura aproximada entre 38ºC y 40ºC.

6. Incubar la levadura en el macerado manteniendo la temperatura óptima.

7. Generar vacío en el recipiente que contiene el macerado y protegerlo contra

la luz para propiciar un ambiente oscuro.

8. Mantener el macerado un tiempo de 24 a 36 hrs. Vigilando la producción de

gases, procurando que se mantenga el vacío generado.

9. Enfriar el macerado y filtrarla mezcla.

10. Destilar el producto filtrado a 66ºC para la obtención de alcohol.

9. RESULTADOS

En base a los experimentos realizados se obtuvieron los siguientes resultados.

Origen de la materia orgánica

Materia orgánica licuada (en ml)

Líquido filtrado ya fermentado (ml)

Destilado (ml)

Tortilla 1000 250 1.6

Verdura y fruta 1000 270 1.8

Fruta (mango y plátano)

1000 300 5.0

Fruta (piña y melón)

1000 250 3.3

Pulque como comparativo

500 8.5

10. CONCLUSIONES:

De acuerdo a los experimentos realizados podemos decir que es posible obtener

etanol de la materia orgánica separada de la basura producida en el hogar,

mediante un proceso simple y de bajo costo.

Cabe aclarar que se buscó únicamente comprobar que es posible la obtención de

etanol a partir de basura, más no un método eficiente para su obtención, con lo

que dejamos abierta la posibilidad para futuras investigaciones.

Además que el etanol producido no es 100% puro, pero que mediante procesos

secundarios se puede dar la calidad necesaria dependiendo el uso que se le valla

a dar.

Finalmente con este proyecto, hemos cumplido con la expectativas planeadas,

generando resultados satisfactorios y de esta manera saber que podemos

contribuir a mejorar y eficientar el uso de los recursos que tenemos a nuestra

disposición y que actualmente no son bien utilizados y aprovechados.

11. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES ELECTRÓNICAS. http://www.destilacion-casera.com/Destilaci%F3n_fraccionada.html

http://nayett.wordpress.com/2008/05/01/etanol-a-partir-de-la-basura/

http://www.biodieselspain.com/2007/10/09/biomasa-etanol-a-partir-de-basura/Ecosofía.org

http://ecosofia.org/2006/05/etanol_energia_alternativa

http://ecosofia.org/2006/05/biodiesel_combustible_alternativo

http://basuraorgnicaeinorgnica.blogspot.com/