BIODIESEL
Obtención
Aplicaciones
Tecnología del motor
Mayra Melián Rodríguez
Tecnología Energética
BIODIESEL. Obtención,
1 Aplicaciones y Tecnología
Introducción
… tenemos un gran problema …
… y tiene difícil solución …
¡¡ Nos enfrentamos a una escasez de
combustibles derivados del petróleo !!
BIODIESEL. Obtención,
2 Aplicaciones y Tecnología
Introducción
… Hay que buscar soluciones viables para en el
mañana disponer de combustibles …
Aprendiendo de los errores del presente y del pasado
para evitarlos en el futuro …
¿ COMO ?
HACIENDO USO DE LA CIENCIA Y LA
TÉCNICA
BIODIESEL. Obtención,
3 Aplicaciones y Tecnología
Reseña histórica
Desde la antigüedad, el
hombre ha utilizado la
LEÑA y la PAJA, para
calentarse
También conocía los
aceites para iluminarse
Usó el carbón vegetal
para trabajar metales
BIODIESEL. Obtención,
4 Aplicaciones y Tecnología
Reseña histórica
Una forma moderna de llamar
a la paja, la madera, el
carbón vegetal, los aceites …
es llamarlos
BIOCOMBUSTIBLES!
Con el descubrimiento del
petróleo, este desbancó a los
combustibles tradicionales.
BIODIESEL. Obtención,
5 Aplicaciones y Tecnología
…Y todo fue muy bien, hasta la crisis del petróleo de 1973, donde
se empezó a volver a tomar conciencia de que existen otras alternativas
al petróleo…
EL HOMBRE SE DIO CUENTA DE QUE EL PETRÓLEO NO ERA ETERNO
BIODIESEL. Obtención,
6 Aplicaciones y Tecnología
Reseña histórica
… Entonces, es sabio mirar atrás…
Y utilizar el conocimiento para corregir los
fallos del pasado, para no volver a
cometerlos en el futuro…
BIODIESEL. Obtención,
7 Aplicaciones y Tecnología
¿ Qué es un biocombustible?
Definición: Se entiende por biocombustible a
aquel combustible de origen biológico que no
se ha fosilizado.
Estos biocombustibles, son una alternativa
viable y ecológica a los combustibles fósiles
PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN
BIODIESEL. Obtención,
8 Aplicaciones y Tecnología
Clasificación de los biocombustibles
Su clasificación se hace en
base a su estado físico:
BIODIESEL. Obtención,
9 Aplicaciones y Tecnología
Ventajas de los biocombustibles
Presentan las siguientes
ventajas:
Disminución de emisiones
Biodegradables y
renovables
¡ Cierran el ciclo del
Carbono!
BIODIESEL. Obtención,
10 Aplicaciones y Tecnología
Ventajas de los biocombustibles
Pueden se la
solución a los
problemas
ambientales
que estamos
detectando…
¡¡ HAY QUE DESARROLLAR TECNOLOGÍAS !!
BIODIESEL. Obtención,
11 Aplicaciones y Tecnología
Biocombustibles líquidos
… y una de estas
tecnologías es la
utilización de
BIOCOMBUSTIBLES
LÍQUIDOS…
Para alimentar a la voráz
GENERACIÓN DEL
COCHE
BIODIESEL. Obtención,
12 Aplicaciones y Tecnología
Los biocombustibles líquidos
Estos se pueden obtener de tres tipos de cultivos
Cultivos azucareros: Etanol por vía fermentativa
Cultivos oleaginosos: Aceites vegetales
Cultivos forestales: Metanol, líquido piroleñoso, gas
¡¡ Los dos primeros son potencialmente
explotables y muy conocidos !!
BIODIESEL. Obtención,
13 Aplicaciones y Tecnología
Aceites Vegetales
Desde la antigüedad el
hombre ha conocido las
propiedades
combustibles de los
aceites vegetales, que
utilizaba para la
iluminación.
Y sabia como
aprovecharlos…
BIODIESEL. Obtención,
14 Aplicaciones y Tecnología
Aceites Vegetales
¡ y gané el
A finales del siglo XIX, primer
premio!
Diesel patentó su motor
(1893)
Utilizó aceite para
hacer funcionar su
motor en la Exposición
Mundial de París de
1900 Rudolf Diesel
BIODIESEL. Obtención,
15 Aplicaciones y Tecnología
Problemas de los aceites vegetales
Con motores
convencionales:
Alta densidad
Inestabilidad
Alto coste vs. Gasóleo
Viscosidad Elevada
Mayor consumo
Menor rendimiento
BIODIESEL. Obtención,
16 Aplicaciones y Tecnología
Posibles Soluciones
Utilizar motores de
inyección indirecta que
calienten el aceite
Modificar las
propiedades del mismo.
Reacción de
Transesterificación
BIODIESEL. Obtención,
17 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel
Definición: El biodiesel se puede definir como un
combustible alternativo, producido a partir de
aceites vegetales, aceites y grasas de fritura
reciclados o grasas animales.
Se considera una fuente renovable, porque la
planta produce aceite a partir del aire y la luz
solar, dos fuentes inagotables.
BIODIESEL. Obtención,
18 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel
MATERIAS PRIMAS
Ésteres de ácidos grasos
+ Aceites Vegetales
+ Grasas Animales
+ Aceites de Fritura Usados
Alcoholes
+ Metanol
+ Etanol
BIODIESEL. Obtención,
19 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Clasificación
GENERAL: FAME’s (Fatty Acid MethylEster)
SME: Soy/Sunflower MethylEster, obtenido a partir
de aceite de semilla de soja o girasol.
CME: Canole MethylEster, la materia prima es el
aceite de canola.
LME: Lard MethylEster, obtenido a partir de manteca
de cerdo.
ETME: Edible Tallow MethylEster, este éster es
fabricado utilizando grasas comestibles
BIODIESEL. Obtención,
20 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Clasificación
ITME: Inedible Tallow MethylEster, se obtiene de
grasas no comestible
LYGME: Low Free Fatty Acid MethylEster, con esta
calificación nos referimos a aceites de buena calidad
HYGME: High Free Fatty Acid MethylEster, esta
denominación se aplicará cuando son aceites
reciclados
BIODIESEL. Obtención,
21 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Clasificación
•Según la materia prima que elijamos, tendremos
distintas proporciones de ésteres. Los más
adecuados son los saturados, por su estabilidad.
BIODIESEL. Obtención,
22 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Clasificación
Las especificaciones
del biodiesel están
recogidas en dos
normas aceptadas
internacionalmente:
- ASTM D6751 (B20 y B100)
- DIN E51606 (B100)
BIODIESEL. Obtención,
23 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Especificaciones ASTM D6751-3
BIODIESEL. Obtención,
24 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Especificaciones
BIODIESEL. Obtención,
25 Aplicaciones y Tecnología
Biodiesel. Caracteristicas
Viscosidad similar al gasóleo
Elevado número de cetano
Reducción de las emisiones
31% de los costes de producir la misma
cantidad de gasóleo
No tóxico y seguro
Ecológico y renovable
BIODIESEL. Obtención,
26 Aplicaciones y Tecnología
Números de cetano
BIODIESEL. Obtención,
27 Aplicaciones y Tecnología
Comparativa de propiedades
BIODIESEL. Obtención,
28 Aplicaciones y Tecnología
Ventajas del Biodiesel
Menos emisiones
• Partículas
• HC’s
• PAH
• SO2
¡¡Aumento de Nox!!
BIODIESEL. Obtención,
29 Aplicaciones y Tecnología
Ventajas del Biodiesel
Cierra el ciclo del carbono
No es tóxico ni peligroso
Aumento del rendimiento
Poder lubricante
BIODIESEL. Obtención,
30 Aplicaciones y Tecnología
Inconvenientes del Biodiesel
Perdida de entre un 5-10% de potencia
Aumento de emisiones de NOx
Residuos en inyectores, válvulas y pistón
Dilución del aceite lubricante
Mayor ensuciamiento de los filtros
Ataque a diversos polímeros
Problemas de arranque en frío
BIODIESEL. Obtención,
31 Aplicaciones y Tecnología
Soluciones. Motores
Trabajar con sistemas
adaptados:
Motores duales: Gasoleo +
Biodiesel
Motores de inyección
indirecta. Precámara.
Motores con
precalentamiento. Deutz
Motores especiales. Elsbett
BIODIESEL. Obtención,
32 Aplicaciones y Tecnología
Motor Elsbett
Motor Semiadiabático
Refrigeración por aceite
Alcanza 1300ºC en el
núcleo
Motor Policarburante
BIODIESEL. Obtención,
33 Aplicaciones y Tecnología
Motor Elsbett
Para alcanzar las prestaciones:
Pistón de diseño específico
Inyectores especiales
Circuito estanco de
refrigeración por el propio
aceite lubricante
BIODIESEL. Obtención,
34 Aplicaciones y Tecnología
Motor Elsbett
BIODIESEL. Obtención,
35 Aplicaciones y Tecnología
Motor Elsbett
Disposición de la inyección e inyectores
BIODIESEL. Obtención,
36 Aplicaciones y Tecnología
Motor Elsbett
Tiene un mayor rendimiento
termodinámico, por operar a mayor
temperatura.
Puede operar en un rango elevado
de viscosidades (2-40 cSt a 40ºC)
Funciona con aceites, biodiesel,
gasóleos
Posibilidad de adaptabilidad a
cualquier vehículo
BIODIESEL. Obtención,
37 Aplicaciones y Tecnología
Proceso de Fabricación
OBJETIVOS
Hacer reaccionar los
aceites con el alcohol
Máxima conversión
Separación de
productos - Metilester
- Glicerina
Proceso rápido y
seguro
BIODIESEL. Obtención,
38 Aplicaciones y Tecnología
Proceso de fabricación
MICROEMULSIÓN
PIRÓLISIS
DILUCIÓN Y MEZCLADO
TRANSESTERIFICACIÓN
BIODIESEL. Obtención,
39 Aplicaciones y Tecnología
La reacción Química
Reacción de Transesterificación
Requiere catalizador y temperatura alta (~50ºC)
Aplicable a Aceites (Triglicéridos)
BIODIESEL. Obtención,
40 Aplicaciones y Tecnología
Tipos de Catálisis
Catálisis Ácida: Sulfúrico, Sulfónico
~ 3 horas, 100ºC , no agua, 1-2 %
Catálisis Básica: NaOH, KOH
~ 1,5 horas, 60ºC
Catálisis Básica: Metóxidos de Na y K
~ 30 minutos, 50ºC 0,5 %
Elevadas conversiones > 98%
Catálisis Heterogénea
BIODIESEL. Obtención,
41 Aplicaciones y Tecnología
El proceso
Procesado de la semilla
Filtración y limpieza del
aceite, si es usado
Preparación del
catalizador
Reacción de
transesterificación
Separación de
productos
BIODIESEL. Obtención,
42 Aplicaciones y Tecnología
El proceso. Problemas
Proceso
discontínuo
Rentabilidad limitada
Difícil control de las
especificaciones
Tecnología poco
madura
BIODIESEL. Obtención,
43 Aplicaciones y Tecnología
Reactor
BIODIESEL. Obtención,
44 Aplicaciones y Tecnología
Situación Actual en España
Plantas operativas:
- Bionor: 20000 t/año
- Stocks: 6000 t/año
- Biodiesel: 35000 t/año
En ejecución:
- Bionet: 50000 t/año
- Biocarburants: 100000 t/año
- Biodiesel IDAE: 5000 t/año
BIODIESEL. Obtención,
45 Aplicaciones y Tecnología
Nuevas Tecnologías
Trabajar en contínuo: Catálisis
Heterogénea
Varias líneas de investigación:
1. Intercambio iónico
2. Enzimas inmovilizadas
3. Zeolitas La más prometedora
4. Catalizadores de Zr y Ti
BIODIESEL. Obtención,
46 Aplicaciones y Tecnología
Catálisis con Zeolitas
Pumitas acidificadas
Zeolitas Tipo Y
Catalizador de FCC,
HZSM-5
H-mordenita
Silicatos de aluminio
Sílice amorfa
mesoporosa dopada
BIODIESEL. Obtención,
47 Aplicaciones y Tecnología
Catálisis con Zeolitas Y
Reactor lecho fijo (ULL) Distintos tipos de Zeolitas
comerciales tipo Y (ULL)
Mejor Resultado:
Zeolita Y530 , a 466ºC (t~ 12 min)
Sílice mesoporosa
amorfa (MCM-41) (UMA)
Resultados por determinar
BIODIESEL. Obtención,
48 Aplicaciones y Tecnología
Conclusiones
El biodiesel es una alternativa a los
combustibles fósiles, pero NO LA
SOLUCIÓN
Apostar por las energías renovables
Considerar tecnologías existentes, pero de
poca difusión (Motor Elsbett)
Otras fuentes potenciales: Etanol, Metanol,
DME, MTBE, ETBE
BIODIESEL. Obtención,
49 Aplicaciones y Tecnología
Conclusiones
Inserción progresiva: Mezcla con gasóleos
convencionales: B20 (20% Biodiesel)
Introducir el proceso continuo (catálisis
heterogénea)
Concienciar al mercado de la potencialidad
de esta alternativa.
Cuestiones políticas
BIODIESEL. Obtención,
50 Aplicaciones y Tecnología
BIOETANOL
El bioetanol se produce a partir de
materiales con biomasa celulósica,
abarcando este término toda la materia
orgánica de origen vegetal, incluyendo
también los materiales procedentes de su
transformación natural o artificial.
BIODIESEL. Obtención,
51 Aplicaciones y Tecnología
Tipo de Proceso: FERMENTACIÓN
Fermentación alcohólica
azúcares simples como por ejemplo la
glucosa se convierte en alcohol etílico y
dióxido de carbono.
Llevada a cabo mayoritariamente por
levaduras “Saccharomyces cerevisiae ”
BIODIESEL. Obtención,
52 Aplicaciones y Tecnología
Proceso de produccion del Etanol
Bajo coste del transporte de las materias
primas
Bajo coste de la conversión de polímeros a
mono y disacáridos utilizables
Uso de cultivos mixtos para catabolizar
diferentes substratos y convertirlos en
metabolitos deseados
BIODIESEL. Obtención,
53 Aplicaciones y Tecnología
Proceso de produccion del Etanol
Utilización de procesos anaerobios debido a
la elevada demanda de energía de la
aireación
Uso de cepas termófilas para ahorrar costes
en enfriamiento, conseguir velocidades de
conversión más altas y reducir la
contaminación
BIODIESEL. Obtención,
54 Aplicaciones y Tecnología
Proceso de produccion del Etanol
El proceso debe ser adaptable al cultivo
continuo
Bajo coste de la recuperación y
concentración
BIODIESEL. Obtención,
55 Aplicaciones y Tecnología
Biosintesis del Etanol
GLUCOSA
Glucólisis
PIRUVATO
Piruvato descarboxilasa. Mg2+. Pirofosfato
de tiamina
ACETALDEHIDO + CO2
Alcohol deshidrogenasa.NADH2
ETANOL
BIODIESEL. Obtención,
56 Aplicaciones y Tecnología
Etapas Proceso Producción Etanol
Preparación de la solución de nutrientes
Fermentación
Balance de Energía
BIODIESEL. Obtención,
57 Aplicaciones y Tecnología
Importancia del Bioetanol
Aditivo en nuestras gasolinas, está presente
por tanto en todos los sitios , todos los días.
Economía
Científico
Medio ambiental
Social
BIODIESEL. Obtención,
58 Aplicaciones y Tecnología
Bioetanol en España
Planta Gallega (Teixeiro)
Planta de Salamanca (Babilafuente)
BIODIESEL. Obtención,
59 Aplicaciones y Tecnología
BIODIESEL Y BIOETANOL
BIODIESEL. Obtención,
60 Aplicaciones y Tecnología