¿Qué es un catalizador? ¿Para qué se usa en la producción de biodiésel?
Es necesario contar con catalizadores para que ocurra la reacción que produce el biodiésel y sea posible desde un punto de vista cinético. Estos catalizadores, en el caso de la transterificación, pueden ser ácidos homogéneos, ácidos héterogéneos, básicos homogéneos o enzimáticos, siendo los catalizadores básicos los que se utilizan a nivel industrial en la transesterificación ya que actúan mucho más rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. El único problema de estos catalizadores es que deben ser anhidros para evitar que se produzcan reacciones secundarias, como la de saponificación, que reducirían el rendimiento del proceso. Por otra parte, los triglicéridos deben tener una baja proporción de ácidos grasos libres para evitar que se neutralice con el catalizador y se formen también jabones.
Se ha observado que la reacción es más rápida cuando se cataliza con un alquilo [Freedman, 1986]. En el primer paso de la reacción, un ion óxido alquilo ataca al grupo carbonilo de la molécula del triglicérido. La reacción de este producto intermedio con un alcohol produce un ion del grupo alcóxido en el segundo paso. En la última etapa la redisposición del compuesto tetraedro intermedio da lugar a un éster y a diglicerina.
Asimismo, se pueden utilizar catalizadores ácidos de Bronsted, preferiblemente sulfúricos y sulfónicos. Estos catalizadores producen rendimientos muy altos en ésteres alquilicos pero las reacciones son lentas, necesitando temperaturas superiores a los 100 ºC y más de 3 horas para completar la conversión. La acidificación del grupo carbonil del éster conduce a la carbonatación, y posteriormente, el ataque nucleófilo del alcohol produce el compuesto tetraédrico intermedio. Esto elimina el glicerol para formar un nuevo éster y regenerar el catalizador.
Se ha probado la metanólisis del aceite de soja en presencia del 1% de H2SO4 con una relación molar alcohol/aceite de 30:1 [Freedman, 1986]. A una temperatura de reacción de 65 ºC se completó la conversión en 20 horas, mientras la butanólisis a 177 ºC y la etanólisis a 78 ºC usando las mismas cantidades de alcohol, necesitaron 3 y 18 horas, respectivamente.
En las siguientes tablas se resumen las ventajas y desventajas de utilización de los distintos catalizadores para el proceso de transesterificación:
Catálisis Básica (homogénea)
Ventajas
• Esterifica ácidos grasos
• No se forman jabones
• Purificación más simple
Inconvenientes
• Velocidad de reacción baja
• Exceso de alcohol elevado
• Condiciones enérgicas: P, T
• Neutralización del catalizador
Catálisis Ácida (homogénea)
Ventajas
• Esterifica ácidos grasos
• No se forman jabones
• Purificación más simple
Inconvenientes
• Velocidad de reacción baja
• Exceso de alcohol elevado
• Condiciones enérgicas: P, T
• Neutralización del catalizador
Catálisis Enzimática
Ventajas
• Esterifica ácidos grasos
• No se forman jabones
• Purificación más simple
Inconvenientes
• Velocidad de reacción baja
• Exceso de alcohol elevado
• Condiciones enérgicas: P, T
• Neutralización del catalizador
Catálisis Heterogénea
Ventajas
• Reutilización del catalizador
• Facilidad de procesos contínuos
• No se foman jabones
• Purificación más sencilla
Inconvenientes
• Transferencia de materia
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