INSUMOS:
CATALIZADORES Y ALCOHOLES
El
alcohol
El alcohol es el
principal insumo para la producción de biodiésel. En volumen, representa alrededor
del 10-15% de los insumos consumidos. Los alcoholes que más comúnmente se
utilizan para producir biodiésel son metanol
y etanol. Se puede
utilizar otros alcoholes – propanol, isopropanol, butanol y pentanol – pero estos
son mucho más sensibles a la contaminación con agua (es decir, la presencia de agua
en mínimas cantidades inhibe la reacción) (Bradshaw,
1942).
El
metanol
Es
tóxico cuando se ingiere, se inhala o al contacto con la piel, y además altamente
inflamable – sus gases se encienden a una temperatura de 12°C. Por encima de
esta temperatura las mezclas de aire y vapor de metanol (con al menos 6% de metanol)
son explosivos. Existe riesgo de explosión e incendio cuando el metanol está expuesto
al calor, chispas, llamas o descargas de energía estática. Además, el metanol arde
con una llama incolora, de manera que no es fácil notar si se enciende. Medidas
de seguridad contra incendios son necesarias al trabajar con metanol, así como
adecuada ventilación y etiquetado, sistemas cerrados de manipulación y
equipamiento de protección personal para evitar el contacto, inhalación o
ingestión de este alcohol.
El
Etanol
Es
menos tóxico – aunque puede tener efectos negativos (ebriedad, coma etílico) cuando
se ingiere en grandes cantidades – pero también es altamente inflamable. Su uso
requiere de menores medidas de seguridad ocupacional, pero sí de seguridad
contra incendios. La desventaja de su uso para producir biodiésel es que es
mucho menos reactivo que el metanol, y la transesterificación se ve afectada
principalmente por cualquier cantidad de agua presente en los insumos. Se
requiere entonces que el etanol utilizado tenga una pureza superior al 99%, y
que los otros insumos (aceite y catalizador) sean igualmente de muy alta
pureza. Es por esto que en la mayoría de plantas de producción de biodiésel aún
se utiliza metanol pese a su toxicidad.
La
transesterificación es una reacción de
equilibrio reversible, es decir, se necesita un gran exceso de alcohol
para forzar la reacción hacia la derecha (es decir, hacia los productos buscados,
biodiésel y glicerol). (Freedman et al., 1984
El
catalizador
La transesterificación de
los triglicéridos puede ser realizada mediante diferentes procesos catalíticos.
Los catalizadores utilizados pueden ser clasificados
de la siguiente manera:
-
Catalizadores
alcalinos – hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), metilato de
sodio (NaOMe).
-
Catalizadores
ácidos – ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido clorhídrico, ácido sulfónico.
-
Catalizadores
enzimáticos – lipasas
-
Catalizadores
heterogéneos – catalizadores en fase sólida.
El proceso más conocido,
utilizado y hasta el momento más efectivo es el que emplea catalizadores
alcalinos (Ma y Hanna, 1999).
Catalizadores
alcalinos
En
el caso de la catálisis alcalina, es muy importante que los catalizadores se
mantengan en un estado anhidro. Debe evitarse su contacto prolongado con el
aire, pues éste disminuye su efectividad debido a la interacción con la humedad
y con el dióxido de carbono (Meher, 2006).
· Hidróxido
de sodio (NaOH):
El NaOH viene en forma de
cristales que deben ser disueltos en el metanol antes de la
transesterificación. Es un producto muy barato y fácil de conseguir, pero es
cáustico e irritante, y su manipulación directa sin protección respiratoria y
para la piel debe evitarse. Al igual que en el caso del KOH, la manipulación de
este insumo sólido puede ser complicada (especialmente en plantas de producción
grandes, donde se quieren evitar operaciones manuales). Además, el NaOH es muy
higroscópico (absorbe humedad del ambiente), lo cual hace que los cristales se
peguen entre sí y sean más difíciles de manipular, y además reduce su eficacia.
Finalmente, la reacción con el metanol es exotérmica, genera calor, y el tanque
donde se realiza esta disolución debe mantenerse refrigerado para evitar que se
evapore el alcohol (causando pérdidas de este insumo y riesgos de incendio y
para la salud de los trabajadores) (Matthys,
2003).
·
Hidróxido de potasio (KOH)
Muy similar al hidróxido
de sodio, el hidróxido de potasio viene también en forma de cristales que deben
ser disueltos en el metanol antes de la transesterificación. Es un producto
barato y disponible en la mayoría de lugares. Debido a su mayor peso molecular,
se necesita mayor cantidad de KOH que de NaOH para hacer el mismo trabajo, lo
cual puede elevar costos (Matthys, 2003).
Además, el KOH se disuelve más fácilmente que el NaOH en el metanol, lo cual
facilita el primer paso previo a la transesterificación. Los jabones de potasio
son líquidos, a diferencia de los de sodio que son sólidos. Esto hace que el
glicerol crudo sea más fácil de drenar luego de la separación del biodiésel
cuando se trabaja con KOH. Por otra parte, las sales de potasio obtenidas como
subproducto de la purificación de la glicerina pueden ser utilizadas como
fertilizante agrícola, lo cual no es el caso con las sales de sodio.
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