Avances en la obtención de biodiesel a partir de aceite de algodón

Resumen: T-041
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004
Avances en la obtención de biodiesel
a partir de aceite de algodón
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Diaz Yanevich, Claudia E. - Brachna, Daniel O.
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2
Sánchez, César N. - Okulik, Nora B. - Mattea, Miguel A.
1. Facultad de Agroindustrias, Universidad Nacional del Nordeste
Cdte Fernández 755, (3700) P. R. Sáenz Peña, Chaco, Argentina.
E-mail: [email protected]. T.E.: 03732-420137
2. Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Río Cuarto, Córdoba.
ANTECEDENTES
El biodiesel es un combustible que se obtiene por la reacción de transesterificación de un triglicérido con un alcohol,
típicamente metanol o etanol, utilizando hidróxido de sodio como catalizador. Este combustible tiene una serie de
ventajas respecto del diesel derivado de petróleo. Lo que constituye la mayor fuerza impulsora para su utilización, es el
considerablemente menor impacto ambiental. Puede ser utilizado en cualquier motor diesel, sin que sea necesaria
ningún tipo de modificación, y sus propiedades son similares al combustible diesel de petróleo. Es posible, incluso,
mezclar ambos en cualquier proporción sin problemas.Al ser producido a partir de aceites vegetales o grasas de
cualquier origen, o sea recursos renovables, produce una ventaja neta en lo que se refiere al ciclo de carbono, no
produciendo acumulación del mismo en el ambiente, dado que lo que se genera al usarlo como combustible, se reutiliza
en la fotosíntesis de por ejemplo la oleaginosa. (1)
Aunque este es un proceso bien conocido desde 1864 (2) la proporción de reactivos afecta al proceso, en términos de
eficiencia de conversión (3) y este factor difiere según el aceite vegetal utilizado. Diversos investigadores han
identificado las variables más relevantes que influyen en la reacción de transesterificación, tales como la temperatura de
reacción, el tipo y la cantidad de catalizador utilizado, la relación alcohol / aceite vegetal, la velocidad de agitación, el
tiempo de reacción, etc.
En este sentido, es importante caracterizar el aceite (composición en ácidos grasos, contenido de agua, valor de
peróxido) para determinar la correlación entre ellos y la posibilidad de convertir el aceite en biodiesel.
La Argentina presenta importantes ventajas para la elaboración de biodiesel: en casi la totalidad de su territorio se
presenta algún producto agropecuario para la transformación en aceite: soja, girasol, maní, colza, palma, lino, cártamo,
nabo, aceites usados, grasa animales y otros cultivos no oleaginosos cuya semilla pueda contener aceite, como lo es el
algodón.
En nuestro país se encuentra en estudio un proyecto de ley para imponer el uso de biodiesel como obligatorio, en un
porcentaje bajo aún no definido, entre 3 y 5 %.
En este trabajo se presentan los resultados preliminares obtenidos en la caracterización del aceite crudo de algodón y en
el proceso de conversión en biodiesel.
MATERIALES Y METODOS
Las semillas utilizadas provienen de Plantas de Desmote ubicadas en Presidencia Roque Sáenz Peña, Chaco. Estas
fueron sometidas a un proceso de extracción de aceites que se efectuó en el laboratorio siguiendo los tratamientos que
se detallan a continuación:
• Limpieza: en forma manual para separar los productos extraños de la materia prima.
• Prensado Mecánico: se utilizó un extrusor Marca Komet con motor trifásico.
• Filtrado: con filtro al vacío para la eliminación de impurezas.
• Decoloración: con carbón activado para la eliminación de los pigmentos existentes en la muestra.
Para caracterizar los aceites obtenidos se efectuaron por triplicado las siguientes determinaciones analíticas:
• Humedad: por secado en estufa. Se pesaron 5 g de muestra en un crisol previamente tarado. Se llevó a estufa a una
temperatura de 100 – 105 ºC hasta peso constante y se calculó el porcentaje de humedad por diferencia de peso. (4)
• Acidez Total: por titulación potenciométrica. El valor de acidez es el número de miligramos de hidróxido de potasio
necesarios para neutralizar los ácidos libres en 1 gramo de muestra. Se pesó la muestra, luego se agregó el solvente
(alcohol isopropílico) y se sumergió el electrodo (a 1 cm por debajo de la superficie de la muestra). Se inició una
agitación vigorosa y luego se procedió a la adición del álcali (previamente estandarizado). Después de cada adición del
álcali (0.05 ml) se dejó un tiempo de 2 min. para que la lectura a tomar del Phmetro fuera constante. Se realizó además
un blanco usando solvente. Luego se realizaron los cálculos. (5)
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• Obtención de combustible: El proceso de obtención del combustible en el laboratorio se realizó en las siguientes
etapas:
- Calentamiento: se efectuó a una temperatura de 50 ºC durante 1 hora para disminuir la viscosidad del aceite y
favorecer el posterior filtrado.
- Filtrado: se realizó con un medio filtrante con una luz de 5 µm con el fin de obtener un combustible libre de impurezas
insolubles.
- Preparación del agente esterificante: se hizo reaccionar al catalizador (NaOH) con el alcohol (metanol) en un
recipiente cerrado (reactor alcóxido) bajo condiciones de agitación y temperatura.
- Obtención del combustible: en un reactor de mayor capacidad (reactor biodiesel), se mezcló el aceite vegetal filtrado
con el alcóxido obtenido bajo condiciones de temperatura, y agitación. Esta reacción generó biodiesel como producto
principal y como subproducto glicerina.
- Recuperación del solvente: se efectuó por aplicación de vacío y condensación, esto permitió recuperar el alcohol
excedente.
- Decantación: se realizó esta operación para eliminar el glicerol obtenido en dicha reacción.
- Lavado: se lavó al combustible con agua, para eliminar cualquier resto de glicerina, jabón u otra impureza. Se realizó
en varias etapas, midiendo el PH, hasta lograr la neutralidad.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El aceite se obtuvo mecánicamente por un proceso de extrusión. El porcentaje de aceite crudo obtenido fue del 17,11%.
El aceite crudo no fue refinado. Las propiedades determinadas en el mismo se dan en la Tabla 1
Tabla 1: Propiedades del aceite de algodón
Muestras
Humedad (%)
Acidez
1
2
3
0.02
0.04
0.03
0.527
0.438
0.483
El contenido de ácidos grasos libres y el contenido de agua tienen influencia en la eficiencia del proceso de
transesterificación. Los resultados muestran (6) que para una mejor conversión el aceite debe ser prácticamente anhidro
(el contenido de agua debe estar por debajo del 0.5%) y libre de ácidos grasos (el valor ácido debe ser menor que 1).
Teniendo en cuenta esto, puede decirse que el aceite de algodón analizado reúne los requerimientos necesarios para ser
utilizado en el proceso de transesterificación catalizado por álcalis dado que el contenido de humedad es, en promedio,
del 0.03% y la acidez promedio, del 0.482.
La reacción de obtención de biodiesel se presenta en el siguiente esquema:
CH2-OOC-R1
CH2-OH
catalizador
CH-OOC-R2
CH2-OOC-R3
+ 3CH3OH
CH-OH
R1COOCH3
+
R2COOCH3
CH2-OH
R3COOCH3
Una de las materias primas más utilizadas para la obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales (6 - 8) es el aceite
de soja. Por esta razón, los resultados obtenidos cuando se utilizó aceite de algodón como materias primas, se
compararon con los obtenidos a partir de aceite de soja. (Tabla 2)
Tabla 2: Relación de materias primas para la obtención de biodiesel
Materias Primas
Aceite (ml)
Metanol (ml)
Catalizador (g)
Biodiesel de aceite de soja
100
20
1
Biodiesel de aceite de algodón
100
60
1
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Los ensayos realizados considerando la relación alcohol / catalizador y temperatura, revelan que para el proceso de
elaboración de biodiesel a partir de aceite de algodón difieren de las requeridas para el proceso obtenido a partir de
aceite de soja.
Las diversas pruebas realizadas mostraron que la mayor conversión se produce sólo cuando se aumenta
considerablemente la cantidad de metanol. Hasta el momento, que la mejor relación ensayada es la que se muestra en la
Tabla 2
Estos datos se refieren a la relación aceite / alcohol / catalizador teniendo en cuenta que las experiencias se producen a
la temperatura de 50 °C y a la presión atmosférica. Si estos parámetros se modifican, también se modificarán la relación
antes mencionada.
Puede considerarse que la diferencia entre la relación de materias primas utilizadas para la obtención de biodiesel a
partir de soja y de algodón podría deberse a diferencias en la composición de éstos.
El rendimiento de biodiesel obtenido a partir del aceite de soja fue del 94% y de aceite de algodón del 90%. Las
cantidades de glicerina obtenidas en ambos casos fueron despreciables.
CONCLUSIONES
Los resultados del trabajo muestran que las muestras de aceite de algodón analizadas presentan un bajo contenido de
humedad y de acidez lo que indica que puede ser una materia prima apta para la obtención del biocombustible. Si bien
restan realizar ensayos y más pruebas (relación alcohol / catalizador y temperatura) los resultados preliminares muestran
que el aceite de algodón podría ser utilizado en la producción de biodiesel.
Estudios posteriores aumentarían el conocimiento sobre la producción de biodiesel y la determinación de sus
características fisicoquímicas.
BIBLIOGRAFÍA
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Norma AOAC 925.10k
AOCS Official Method Cd 3d-63
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Freedman.1984. J. Am. Oil Chem. Soc. 61:1638-1643.
Schuchard, U.; Sercheli, R.; Matheus Vargas, R. 1998. I Braz. Chem. Soc.; Vol. 9, Nº I, 199-210.