Qué es el biodiésel y por qué es importante
El biodiésel es un combustible compuesto de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales, grasas animales o grasas recicladas. Cuando el metanol es el alcohol reactivo, el producto se denomina más específicamente ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME, por sus siglas en inglés). El biodiésel puede utilizarse en motores de encendido por compresión y calderas, frecuentemente mezclado con diésel de petróleo o gasóleo de calefacción. El número que sigue a la letra «B» en la designación de una mezcla indica el porcentaje en volumen de biodiésel: el B20 contiene un 20 % de biodiésel en volumen, siendo el resto combustible de petróleo.
La química fundamental: la transesterificación
Los triglicéridos presentes en el aceite o la grasa reaccionan con un alcohol para producir ésteres alquílicos y glicerol. La reacción estequiométrica emplea tres moles de alcohol por mol de triglicérido y transcurre a través de intermediarios de diglicérido y monoglicérido. La estequiometría describe el balance químico, no la cantidad de alcohol necesaria para un reactor específico. Las rutas catalizadas por bases utilizan catalizadores como el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio o soluciones de metóxido para favorecer la reacción. El aceite y el metanol se mezclan mal en un principio, por lo que poner las fases en contacto también es importante. La mezcla y la catálisis desempeñan funciones diferentes: el contacto eficaz no sustituye a la acción química del catalizador.
Materias primas y consideraciones sobre los ácidos grasos libres
Las materias primas principales incluyen aceite de soja, canola, palma, sebos animales y grasas recicladas. El contenido de ácidos grasos libres (AGL) es una variable importante en la química del proceso. En la catálisis por bases, los ácidos grasos libres reaccionan con el catalizador alcalino para formar jabones en lugar de ésteres, consumiendo catalizador y complicando el procesamiento posterior. Para una ruta catalizada por bases, las materias primas con alto contenido de AGL pueden requerir pretratamiento. La esterificación catalizada por ácido es una forma de convertir los AGL en ésteres antes de la transesterificación. El contenido de agua es igualmente importante: incluso niveles bajos de agua incrementan la formación de jabón y reducen el rendimiento de la transesterificación.
Procesamiento posterior a la reacción y calidad del producto
Tras la reacción, la mezcla se separa en una fase superior rica en ésteres y una fase inferior rica en glicerol. La separación y la recuperación del metanol son etapas de proceso distintas cuya secuencia depende del diseño de la planta. En un proceso de lavado húmedo, la recuperación del metanol y el lavado con agua reducen el alcohol residual, el catalizador, el jabón y el glicerol, el lavado va seguido de un secado. La norma ASTM D6751, el estándar estadounidense para el B100, establece límites para la glicerina libre (0,020 % en masa como máximo), la glicerina total (0,240 % en masa como máximo), el agua y los sedimentos (0,050 % en volumen como máximo), el índice de acidez (0,50 mg KOH/g como máximo), las cenizas sulfatadas (0,020 % en masa como máximo) y el punto de inflamación (93 °C como mínimo para todos los grados, con un requisito adicional de control de alcohol que puede satisfacerse con ≤ 0,2 % en masa de metanol o un punto de inflamación mínimo de 130 °C). Los valores de especificación indicados provienen del resumen de la ASTM D6751 disponible públicamente en el AFDC.
Compatibilidad de materiales y almacenamiento
El biodiésel puede movilizar depósitos existentes en tanques utilizados previamente para combustible de petróleo. La guía de manejo del NREL reporta una mayor formación de sedimentos en contacto con metales como el plomo, el estaño, el latón, el bronce y el zinc. La compatibilidad también depende de los elastómeros y otros materiales presentes en el sistema de combustible, así como de la mezcla empleada. Por tanto, la idoneidad del equipo debe verificarse en lugar de asumirse a partir de un porcentaje bajo de mezcla. El comportamiento a bajas temperaturas y la estabilidad a la oxidación son consideraciones importantes para el almacenamiento, ni un margen de temperatura universal ni una promesa única de vida útil en almacenamiento son aplicables a todos los combustibles.
Consideraciones de seguridad para los operadores
Los riesgos químicos del proceso y las propiedades del combustible acabado son consideraciones distintas. Los catalizadores alcalinos pueden absorber humedad durante el almacenamiento, lo que afecta a su rendimiento y a la calidad del producto. El requisito de punto de inflamación del combustible acabado no lo convierte en inocuo, y las mezclas requieren su propia evaluación de manejo. Los trapos impregnados de biodiésel pueden crear un riesgo de incendio, incluido el calentamiento espontáneo, utilice los procedimientos designados por la instalación para su manejo y eliminación en lugar de improvisar un procedimiento de lavado o secado. El personal necesita formación en los productos químicos utilizados, los procedimientos de emergencia y el funcionamiento correcto de los equipos de la planta.