Producción de Biodiesel en el Centro de Estudios de

[Ide@s CONCYTEG]
Año 4, Núm. 43, 8 de enero de 2009
Producción
de Biodiesel
en el Centro
de Estudios
de Energía
del ITESM
Campus
Monterrey
RESUMEN
E
n el presente documento se aborda la
síntesis de biodiesel a partir de aceite vegetal
usado
mediante
la
reacción
de
transesterificación, así como las ventajas
ambientales y físicas de dicho biocombustible.
Palabras Claves: Biodiesel, Aceite vegetal.
1. Introducción
Hoy en día México y el mundo viven una
crisis
Luis Alberto Quintero Rivera1
Roberto Guerra Olivares2
Armando Llamas Terrés3
1 Ingeniero Químico en Procesos del Instituto
Tecnológico de Ciudad Madero (2006). Estudia
la Maestría en Ciencias con especialidad en
Ingeniería Energética y es Asistente de
Investigación del Centro de Estudios de
Energía del ITESM-Campus Monterrey. Cuenta
con la Certificación EMIT (Energy Manager in
Training) por parte de The Association of
Energy Engineers (AEE).
Correo electrónico: [email protected]
2 Ingeniero Químico Administrador, del ITESMCampus Monterrey (2007). Estudia la Maestría
en Ciencias con especialidad en Ingeniería
Energética y es Asistente de Investigación del
Centro de Estudios de Energía del ITESMCampus Monterrey. Cuenta con la Certificación
EMIT (Energy Manager in Training) por parte
de The Association of Energy Engineers (AEE).
Correo
electrónico:
[email protected].
3 Doctor en Filosofía en Ingeniería Eléctrica por
Virginia Tech (1992). Tiene 12 años de
experiencia
dirigiendo
estudios
de
administración y calidad de la energía, en el
Centro de Estudios de Energía en el ITESMCampus Monterrey. Es autor de los libros
“Armónicas en Sistemas Eléctricos Industriales”
y “Tierras Eléctricas”, libros que se usan como
energética
en
materia
de
combustibles. La población nacional y
mundial va al alza, trayendo como principal
consecuencia
que
la
demanda
de
energéticos siga dicha tendencia.
Las reservas de petróleo son la base de
la producción actual y futura; y si la
producción
de
petróleo
en
un
año
determinado excede el incremental en las
reservas brutas agregadas en ese año, las
reservas
disminuirán
hasta
que
eventualmente, la producción de petróleo se
detenga. [7]
texto en el curso “Calidad de Energía Eléctrica”
que imparte en la Maestría en Ingeniería
Energética del ITESM, Campus Monterrey.
Desde el año 2004, el Dr. Armando Llamas es
un CEM (Certified Energy Manager), de The
Association of Energy Engineers (AEE). Es
Senior Member del IEEE.
Correo electrónico [email protected]
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Lo ideal es encontrar una nueva
Sin
embargo,
el
desarrollo
de
reserva equivalente a cada barril de petróleo
tecnología lleva su tiempo por lo que una
que se extrae. Para ilustrar lo anterior, es
manera sencilla de ayudar a nuestro planeta
posible hacer una analogía con un negocio
a reducir la concentración de dióxido de
dedicado a la venta de bienes. Cuando se
carbono es la adaptación de combustibles
registra una venta de algún producto, hay
limpios a las tecnologías disponibles. Una
que solicitarle al proveedor la reposición del
tecnología
mismo. De no ser así, el negocio cada vez
actualmente en un sin fin de actividades es
será más y más pequeño hasta que se vea en
el motor diesel, el cual debe su nombre a su
la penosa necesidad de cerrar
[1]
que
la
humanidad
usa
creador Rudolph Diesel, y uno de los
Por otro lado, la concentración de
combustibles limpios que puede ser usado
dióxido de carbono en la atmósfera se ha
en dicho motor es, precisamente, el
incrementado significativamente en las
biodiesel. [8]
últimas décadas. Los vehículos con motor
de combustión interna son una de las
principales causas de dicha tendencia (ver
2. ¿Qué es el biodiesel?
¡Error! No se encuentra el origen de la
referencia.).
Entre
los
principales
contaminantes estáticos se encuentran las
plantas químicas, petroquímicas, refinerías,
termoeléctricas, etc.
El biodiesel se define como los monoalquilésteres de ácidos grasos derivados de
aceites vegetales o grasas animales. En
términos muy simples, biodiesel es el
producto obtenido cuando los aceites
vegetales o las grasas animales reaccionan
químicamente con un alcohol para producir
ésteres alquílicos de ácidos grasos. [2]
El biodiesel ha tenido gran aceptación
en Europa, donde se usa en los motores
diesel; y por lo general, es mezclado con
Figura 1 concentración de dióxido de carbono en la
atmósfera.
diesel de petróleo en diversas proporciones
Lo anterior nos lleva a la constante
con diesel de petróleo son denotadas por
búsqueda de tecnologías cada vez más
acrónimos como B20, lo cual indica que la
limpias que nos ayuden a mantener o
mezcla contiene un 20% de biodiesel.
[2]
. Algunas veces, las mezclas de biodiesel
mejorar nuestra calidad de vida.
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3. Síntesis del biodiesel
residuo de los aceites usados en la cocina.
[6]
En general, el componente mayoritario de
los aceites vegetales y grasas animales son
los
triglicéridos.
Químicamente,
los
triglicéridos son esteres de ácidos grasos
unidos a una molécula de glicerol. Para
Debido a la gran cantidad de materia
prima disponible para la elaboración de
biodiesel,
las
propiedades
del
mismo
dependerán de la cantidad de cada ácido
graso presente en la materia prima.
obtener biodiesel, el aceite vegetal es
sometido a una reacción química conocida
como transesterificación. (Ver Figura 2)
Figura 1 Reacción de transesterificación para la
producción de biodiesel. [5]
4. El papel del Centro de
Estudios de Energía
El Centro de Estudios de Energía (CEE) del
ITESM Campus Monterrey está llevando a
cabo una fuerte investigación en el tema:
“fuentes alternas de energía”, dicha línea de
investigación involucra dos fuertes áreas las
cuales son: (1) biocombustibles y más
En dicha reacción, el aceite vegetal
reacciona en presencia de un catalizador
(usualmente una base como el hidróxido de
sodio o de potasio) y alcohol (usualmente
metanol) para producir glicerol y esteres de
ácidos grasos. Algunas veces, los productos
de la reacción anterior son llamados “metilesteres de ácidos grasos” en lugar de
específicamente
biodiesel
y
(2)
aerogeneradores.
En lo concerniente a biodiesel, el CEE
está a cargo de la producción de biodiesel
en la planta piloto del ITESM Campus
Monterrey la cual se encuentra ubicada en
el Laboratorio de Ingeniería Química, ver
¡Error! No se encuentra el origen de la
referencia..
biodiesel. [5]
En EUA la materia prima más popular es
el aceite de soya. En Europa la materia
prima principal es el aceite de canola. Por
otro lado, en México y más específicamente
en el Centro de Estudios de Energía del
ITESM campus Monterrey, la materia
prima es el aceite vegetal usado; esto es, el
La materia prima usada para la
producción del biocombustible es el aceite
vegetal usado de las cafeterías del mismo
campus lo cual le brinda un enfoque
sustentable al darle un uso importante a un
desecho que, de no ser por este uso, sería
confinado.
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el biodiesel únicamente podría reemplazar
el 13% del total de la demanda. [4]
6. Ventajas del biodiesel
El biodiesel sintetizado a partir de aceite
vegetal usado presenta ventajas potenciales
con respecto a los demás. En primer lugar,
se realiza una disposición adecuada de los
residuos de cocina; a diferencia de cuando
Figura 3 planta piloto de biodiesel.
son desechados en el drenaje, contaminando
grandes volúmenes de agua. De la misma
La capacidad de la planta es de 200
litros por lote y cada lote tarda alrededor de
4 horas para transformar la materia prima a
biodiesel listo para usarse. Por lo tanto, si se
trabajaran 6 lotes diarios se tendría una
capacidad instalada de poco más de una
manera, no interfiere con el cultivo para
alimentación humana, como es el caso del
bioetanol producido usando maíz como
materia prima; y por si fuera poco, reduce
las emisiones de monóxido de carbono
hasta en un 50%.
Las principales ventajas ofrecidas por
tonelada por día.
el biodiesel son:
1. Puede ser mezclado con el diesel de
5. ¿Biodiesel: la solución?
petróleo en cualquier proporción.
2. Puede ser usado en los motores diesel
con pocas modificaciones o incluso sin
Se dice que el biodiesel podría ser la
solución del mundo a la dependencia de los
combustibles fósiles. Tan sólo como un
ejemplo, veremos el caso de los Estados
Unidos donde se produjeron 36.0 billones
de libras (16.3 billones de kg) de aceite
vegetal y grasa animal en 2005, y en 2004
se consumieron 263.2 billones de libras
(119.4 billones de kg) de diesel; por lo que
ellas.
3. Es fácil de usar y de producir.
4. Es biodegradable.
5. No es tóxico.
6. Está libre de azufre y aromáticos.
7. Es energéticamente eficiente.
8. Reduce las emisiones que propician el
calentamiento global, Figura 2.
9. Excelentes propiedades lubricantes.
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desarrollo sostenible, dándole un uso a un
producto de desecho que, de no ser por la
producción
del
biocombustible,
sería
confinado. El uso del biodiesel es
ecológico desde varios puntos de vista:
• El
aceite
vegetal
usado
es
aprovechado, evitando que contamine
agua.
• Reduce las emisiones de monóxido de
Figura 2 Impacto en las emisiones promedio del
biodiesel en maquinaria pesada. [3]
carbono e hidrocarburos en un 50% y
70% respectivamente en comparación
con el diesel de petróleo.
A medida que se incrementa la
concentración de biodiesel en una mezcla
con diesel de petróleo, disminuyen las
• No interfiere con el cultivo para la
alimentación humana.
emisiones de monóxido de carbono (CO) e
hidrocarburos (HC) hasta en un 50% y 70%
respectivamente. Las partículas sólidas
(PM) como el hollín disminuyen siguiendo
el mismo comportamiento que las emisiones
de CO.
Aunque el diesel y el biodiesel no son
compuestos químicamente iguales, ya que
el diesel es una mezcla de hidrocarburos
sencillos y el biodiesel es una mezcla de
alquil-ésteres,
el
motor
diesel
quemarlos igualmente gracias a
puede
que sus
propiedades físicas son similares.
7. Conclusiones
Al producir biodiesel a partir de aceite
vegetal usado se contribuye con el
Bibliografía
[1] Elizondo Barragán, F. (2008). La
Reforma Energética. Conferencia en la
Escuela de Graduados EGADE del ITESM.
Monterrey,N.L.
[2] Encyclopædia Britannica. (2008).
biodiesel. Recuperado el 28 de septiembre de
2008, de Encyclopædia Britannica Online:
http://0search.eb.com.millenium.itesm.mx:80/eb/arti
cle-9443702
[3] Environmental Protection Agency.
(2002). A Comprehensive Analysis of
Biodiesel Exhaust Emissions. USA.
[4] Gerpen, J. V., Pruszko, R., Clements, D.,
Shanks, B., & Knothe, G. (2006). Building a
Successful
Biodiesel
Business.
USA:
Biodiesel Basis.
[5] Knothe, G., Gerpen, J. V., & Krahl, J.
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AOCS Press.
[6] Mittelbach, M., & Remschmidt, C.
(2006). Biodiesel: The Comprehensive
Handbook. Vienna: Boersedruck Ges. m.b.H.
[7] Moroney, J. R., & Dieck-Assad, F.
(2005). Energy and Sustainable Development
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in Mexico. USA: Texas A&M University
Press.
[8] Quintero, L.A. (2008). Reconfiguración
de la planta piloto de biodiesel para mejorar
la etapa de lavado. Disertación de maestría
no publicada, Instituto Tecnológico y de
Estudios
Superiores
de
Monterrey,
Monterrey, N.L.
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