Producción de biodiesel con aceite de Jatropha Curcas



Producción de biodiesel a partir de aceite de Jatropha Curcas. Biocombustibles, investigación e innovación

Biodiésel de aceite de Jatropha Curcas

I – PARTE TEÓRICA
1. Introducción
Conociendo la necesidad mundial de producción de fuentes adicionales energía, surgió el interés en la investigación sobre biocombustibles, por ser estos renovables.
Participando del proyecto “Jornada de Valorización de la Ingeniería en la Enseñanza Media”, conocimos la tecnología de producción de biodiésel utilizando aceite de soja. Nos interesamos por la facilidad de obtener biodiésel, un proceso conocido en todo el mundo desde los comienzos del siglo pasado, que puede realizarse en laboratorios con limitados recursos técnicos.
El biodiesel puede ser producido en la actualidad de distintos tipos de materias primas, entre ellas están algunas desechados por las industrias, fábricas y molinos y las provenientes de plantaciones.
La reutilización de los materiales es importante porque reduce el impacto ambiental y los residuos, mientras que proporciona puestos de trabajo y fuente de ingresos complementarios a los carenciados de la metrópoli.
Al participar proyecto JOVEM, nos dimos cuenta de que el uso de aceite de soja para la producción de biodiésel no es viable debido a su importancia para la generación de diversos productos alimenticios. Como las oleaginosas corresponden la mayor parte de la materia prima para la obtención de biodiésel, este trabajo consiste en la presentación de la jatrofa como materia prima viable y complementaria para la producción de biodiésel en la región del Mercosur.

2. Objetivos
El objetivo principal de esta investigación es presentar la importancia de utilizar biodiésel como una fuente complementaria de energía a partir de un oleaginosa con bajo costo de cultivo, no alimenticia y de buena adaptación geográfica en los países miembros del Mercosur.

3. Razones para la elección
La jatrofa (Jatropha Curcas) es un arbusto de crecimiento rápido, que en condiciones naturales puede llegar a alcanzar los cuatro metros de altura, generar su primera cosecha a los ciento veinte días de la siembra y, en condiciones adecuadas, una cosecha cada seis meses, durante unos cincuenta años.
Su fruto es una cápsula con tres semillas, en la cuál se encuentran las almendras ricas en aceite. Esta cultura se produce de forma espontánea en áreas con suelos poco fértiles y clima desfavorable para la mayoría de los demás culturas, lo que facilita el cultivo en pequeñas propiedades rurales, siendo considerada una de las más promisorias oleaginosas para el Mercosur. Es una especie con alta resistencia a la sequía y produce en promedio de dos a cinco toneladas de biodiesel por hectárea. Es fácil de cultivar, resistentes a largos períodos de sequía, en suelos poco aprovechables y en zonas no viables para el manejo con máquinas. Puede ser desarrollada con mano de obra familiar, siendo así una fuente de ingresos para las propiedades rurales necesitadas. Puede ser utilizada para la conservación del suelo, ya que evita la erosión y la pérdida de agua por evaporación, y es un fertilizante natural. Al extraer el aceite, el bagazo que sobra se puede utilizar como abono orgánico y fertilizantes, la corteza en la fabricación de papel o carbón vegetal, para producir energía. Las semillas no son comestibles, ni son llevadas por aves o animales, debido a que son altamente tóxicas, por lo que no perjudican a otros cultivos o áreas. Curiosamente, sus hojas y tallos expelen un líquido tóxico que la deja inmune de plagas e insectos conocidos. Tolera el riego con agua salobre, evita la desertización y el biodiésel de su aceite no contiene azufre.

4. Importancia del tema para el Mercosur
La producción de energía renovable es muy importante para cualquier estado, sin embargo, esta no es la única ventaja del biodiesel. Además de mostrar un sentido de preocupación por el medio ambiente, su producción podría impulsar la economía y desarrollar la industria en los países productores. Con nuevas ramas de industrialización, tendríamos nuevos puestos de trabajo, muchos de ellos cerca de donde encontramos la mano de obra, el campo, creando mejores oportunidades a la población más necesitada. Los países productores obtendrían una mayor fuerza política en el extranjero, porque sería menos dependiente de la variación de los precios y las importaciones de petróleo, dejándolos menos vulnerables a posibles crisis internacionales, además de mejorar su balanza comercial.

II – PARTE PRÁCTICA
Producimos el biodiésel basándonos en el proceso de transesterificación, mundialmente conocido desde el inicio del siglo pasado. Es un proceso simple, en el cual ocurre la reacción química entre un ester y un alcohol de la cual resulta un nuevo ester y otro alcohol.

Reación de transesterificación

R, R’ y R” son radicales orgánicos

Por medio de esta reacción, podemos separar el alcohol formado (glicerol) del aceite vegetal (biodiésel). Como, en el fin del proceso, se encuentran dos fases, la glicerina es removida por decantación.
Ya habíamos observado que es muy difícil la obtención del aceite de Jatrophas Curcas. El primer aceite que conseguimos era bruto; más tarde descubrimos que no podría ser utilizado, porque ocurre la saponificación del aceite (no se forman dos fases).

EXPERIMENTO 1 – Aceite de Jatrophas curcas bruto
Materiales utilizados:

  • 100 ml de aceite de Jatrophas Curcas.
  • Una probeta (de 113,69 g).
  • Un globo de tres bocas.
  • Un agitador Fisatom 70~130W mod.713D.
  • Una manta térmica Fisatom 200W mod.52.
  • Un condensador.
  • Un termómetro.
  • 30 ml de una solución de etanol con etóxido de sodio como catalizador.

Se pone 100 ml de aceite de Jatrophas Curcas, de masa igual la 91,13 g, en el globo de tres bocas que es calentado por la manta témica. Las tres bocas del globo están cerradas por el el termómetro, el agitador y el condensador, que es usado para que no haya pérdida de vapores del aceite.

Biodiésel con Jatropha Curcas - Experimento 1

La manta térmica precalentará el aceite hasta la temperatura de 50ºC para evitar la saponificación y para que la reacción de transesterificación se realice más fácil.
Ya con el aceite a 50ºC, se añaden 30 ml de una solución de etanol con etóxido de Sodio como catalizador. Inicialmente se enciende el agitador a 80 rpm; el agitador es usado para homogeneizar la mezcla. Se espera que la mezcla se mantenga a 50ºC nuevamente para que la viscosidad del aceite disminuya más y así el agitador aumente su velocidad.
Cuando la mezcla alcanza y se mantiene a 50ºC, la velocidad del agitador es aumentada a 300 rpm. Luego de una hora tras el inicio de la reacción, el agitador es desenchufado y la mezcla es puesta en un embudo de decantación para que ocurra la separación de fases.
A causa de la lenta decantación, se añadió 25 g de glicerina para acelerar el proceso. Pero durante la decantación, el experimento no pudo ser continuado porque se produjo una saponificación como consecuencia de que el aceite de Jatrophas Curcas no estaba refinado, dejándolo con alto índice de acidez.

EXPERIMENTO 2 – Aceite de Jatrophas Curcas refinado
Después de muchos intentos fallidos con aceite de Jatrophas Curcas bruto, conseguimos con el Centro Universitario FEI – Facultad de Ingeniería Industrial – el aceite de Jatrophas Curcas refinado y realizamos una nueva experiencia, que obtuvo todos los resultados esperados.

Materiales utilizados:

  • 130 ml de aceite de Jatrophas Curcas refinado.
  • Un vaso de precipitado.
  • Un embudo de separación.
  • Un globo de tres bocas.
  • Un agitador magnético Fisatom 70~130W mod.713D.
  • Una manta térmica Fisatom 200W mod.52.
  • Un condensador.
  • Un matraz de Erlenmeyer.
  • Un termómetro.
  • Un globo de destilación.
  • Una bomba de vacío Quimis.
  • Tres frascos colectores.
  • 45 ml de Metanol.
  • 0,9 g de Etóxido de Sodio.
  • Ácido Clorhídrico (HCl) de pH 3 para la neutralización.

Biodiésel con Jatropha Curcas - Experimento 2

En este experimento fueron utilizados 130 ml de aceite refinado de Jatrophas Curcas, aceite no comestible, 45 ml de Metanol ya con catalizador (0,9 g de Etóxido de Sodio). Antes de poner en marcha la reacción, el globo de tres bocas con el aceite tuvo que ser calentado por la manta térmica (Fisatom de 200W, mod. 52) hasta una temperatura de 60ºC para que no saponificara y facilitara la reacción de transesterificación. Tras el calentamiento, fue añadido el reactivo con el catalizador en el globo para que la reacción se iniciara; en una de las bocas del globo fue puesto el agitador magnético (Fisatom de 70~130W, mod. 713D); en las otras bocas fueron puestos el termómetro y el condensador (el uso del de este instrumento fue para evitar la pérdida del aceite por la evaporación). Con la temperatura estabilizada, la reacción fue terminada tras 1 hora de la adicción del reactivo bajo agitación constante a 320 rpm. La mezcla entonces fue puesta en un embudo de decantación para que se realizara la separación de fases. Para mejores resultados, la solución fue dejada en descanso por cerca de 2 días.
Tras la decantación, hubo la separación del biodiésel y del glicerol, material que será desechado. En esta etapa, el combustible posee un ph muy elevado debido al Etóxido de Sodio que fue utilizado en la reacción como catalizador. Para sacar el catalizador, fue necesario hacer su neutralización con 200 ml de una solución acuosa de Ácido Clorhídrico de ph 3.
Además del Etóxido de Sodio, hay que sacar también el agua, de acuerdo con normas establecidas por la ANP – Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustível, del Brasil. Para la destilación del biodiésel, fue utilizada una bomba de vacío (Quimis).
El uso de la bomba puede ser explicado por el hecho de que bajo la presión ambiente, el agua difícilmente evaporaría debido al alto punto de ebullición del aceite. La bomba de vacío sacó cerca de 650 mmHg de la presión; como el experimento fue hecho a una presión ambiente de 700 mmHg, la presión dentro del sistema cayó a 50 mmHg, con lo que el agua pudo ser evaporada a una temperatura un poco mayor que la temperatura ambiente.
Dentro del globo de destilación fueron añadidas pequeñas esferas de vidrio con el objetivo de impedir el supercalentamiento y evitar la pérdida del combustible. Durante el calentamiento, el agua evapora y pasa para el condensador, donde el vapor condensa y pasa por el matraz de Erlenmeyer ubicado al final del condensador, junto a la manguera que se conecta a la bomba. A lo largo de este proceso, existe la posibilidad de que el agua sea succionada por la bomba; para que esto no ocurra, fueron puestos tres frascos colectores entre la bomba y el condensador. Las gotas de agua succionadas pasarán por el primer frasco, que está vacío. En el caso de que el agua pase al segundo frasco (que contiene el aceite que lubrica la bomba), las gotas quedarían bajo el aceite (por ser este menos denso que el agua), y difícilmente serían succionadas nuevamente. El tercer frasco posee las mismas características del segundo, y es utilizado solamente para la seguridad de que el agua no entre en la bomba de vacío.
Al final del experimento, el biodiésel, ya listo, fue puesto en un recipiente y remitido para análisis.

Según el análisis hecho por Mário Feola Júnior, técnico del Centro Universitario FEI, el biocombustible presentó las siguientes características:

Método ASTM D7042 / VISCOSÍMETRO STABINGER / ANTON PAAR SVM 3000
Viscosidad a 40ºC: Dinámica: 4,2716 mPa.s Cinemática: 4,9252 mm²/s
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008:  N/A mPa.s 3,0 – 6,0 mm²/s

Método ASTM D4052 / DENSÍMETRO DIGITAL / ANTON PAAR DMA 4500
Densidad 20ºC: 0,88162 g/cm³
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008:  0,85000 – 0,90000 g/cm³

Método ASTM D5191 / ANALIZADOR DE PRESIÓN DEL VAPOR / HERZOG HVP972
Presión de Vapor 37,8ºC: 7,2 kPa
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008: N/A

Método ASTM D6371 / PUNTO DE OBSTRUCCIÓN / HERZOG HCP842
Punto de obstrucción: +7,0ºC
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008: +19,0ºC

Método ASTM D130 / CORROSIVIDAD AL COBRE / HERZOG
Corrosividad al cobre: 3h a 50ºC: 1
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008: 3h a 50ºC Máx.: 1

Método ASTM D6079 / HFRR / PCS INSTRUMENTS
Lubricidad: 270 Micrones
Reglamento técnico ANP Nº 1/2008: N/A

(Informe original del análisis presentado por el técnico de la FEI).

CONCLUSIÓN
La necesidad de fuentes de energía complementarias al petróleo está abriendo espacio para la investigación de nuevos insumos que serán utilizados en la producción de biocombustibles. Al buscar soluciones contra la degradación del medioambiente, originada a partir del desarrollo de las industrias, fueron encontradas diferentes materias primas de posible utilización para la producción de energía, como por ejemplo: aceite de fritura, suero de leche, bagazo de caña, Ricinus communis, etc.

Tras experimentos realizados en laboratorio y diversas investigaciones hechas por el grupo, podemos afirmar que el biodiésel originado del aceite de Jatrophas Curcas es una opción viable en el contexto del Mercosur.

La producción de biodiésel ya es ventajosa cuando es hecha a partir de cualquier de las materias primas nombradas, pues complementa el petróleo perjudicando menos el medioambiente. Sin embargo, el biodiésel hecho a partir del aceite de Jatrophas Curcas sobresale de los demás por su pequeña cantidad de desventajas comparadas a los otros insumos.

El aceite de Ricinus communis, muy bien aceptado en el mercado, posee viscosidad elevada, lo que perjudica el motor, mientras la viscosidad del aceite de Jatrophas Curcas es bastante aceptable. La soja y el girasol, otras materias primas, son comestibles. Así, la producción de biodiésel podría perjudicar la producción de los productos derivados de esos vegetales. La semilla de Jatrophas Curcas, por ser tóxica, no puede servir para la alimentación.

La Jatrophas Curcas es una fuente de renta complementaria para la población rural necesitada, debido a su bajo costo de cultivo: no necesita agrotóxicos, no contamina el suelo, no requiere preparar el suelo y tampoco equipos modernos. Es muy resistente a la seca, tiene alta productividad por hectarea y produce un biodiésel de alta calidad, siendo una óptima alternativa complementaria a la producción de biodiésel en la región del Mercosur.

BIBLIOGRAFÍA

  • KNOTHE, Gerhard; GERPEN, Jon Van e RAMOS, Luiz Pereira. Manual de biodiesel. 1ª edição. Brasil: Editora Edgard Blucher. 2007.
  • BONALUME, Wilson Luiz. Biodiesel – A solução do agronegócio. 1ª edição. Brasil: Editora Wilson Luiz Bonalume. 2007.
  • TICKELL, Joshua. Biodiesel América. 1ª edição. EUA: Editora Tickell Energy. 2006.
  • FREITAS, Carlos e PENTEADO, Maurício. Biodiesel – energia do futuro. 1ª edição. Brasil: Editora Letra Boreal. 2006.

Producción de biodiesel con aceite de Jatropha Curcas. Biocombustibles, investigación e innovación

Fuente: Unesco Brasil (unesco.org.br)


4 comentarios en Producción de biodiesel con aceite de Jatropha Curcas

  1. Biodisol muchas gracias por tan importante labor de comunicar al mundo exterior sobre las energias renovables y sus beneficios que aportaran a la humanidad. dar a conoser el cultivo de la jatropha es fabuloso gracias nuevamente. Pedro Ramos .

  2. Estoy interesado en la compra de éste aceite ¿podrían mencionarme algunos proveedores de ésta materia prima?

    ¿Empresas que ya lo vendad en México?

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