Producción de biodiesel a partir de materias primas no convencionales

Abstract

Actualmente, para la producción industrial de biodiesel se emplean aceites vegetales de alta calidad como materia prima, y se utilizan catalizadores básicos homogéneos, KOH o NaOH. Los productos de reacción son FAME y glicerina. Sin embargo, debido a los problemas derivados del uso de aceites vegetales comestibles de alta calidad, cada vez más necesario plantear el uso de aceites o grasas no comestibles de baja calidad. Sin embargo, este tipo de materias primas presentan una importante limitación, su elevado contenido en ácidos grasos libres (FFA), que causan problemas con los catalizadores alcalinos, por lo que es necesaria una etapa de esterificación de FFA catalizada con ácidos homogéneos antes de la transesterificación. Para conseguir un proceso industrial sencillo y eficiente se pretende conseguir que la esterificación de FFA y la transesterificación se produzcan en una sola etapa con único catalizador ácido heterogéneo. Este tipo de catalizadores deben tener elevado tamaño de poro para facilitar la difusión, una alta concentración de centros activos, estabilidad catalítica y posibilidad de hidrofobizar su superficie para favorecer la adsorción de sustratos y minimizar la de compuestos polares que pueden conducir a su desactivación. El Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Universidad Rey Juan Carlos está desarrollando una línea de investigación para el desarrollo de catalizadores ácidos heterogéneos con alta actividad para reacciones de transesterificación con materias primas de baja calidad. Resultados previos en dicha línea de investigación han demostrado que un material mesoestructurado tipo SBA-15 funcionalizado con grupos arilsulfónicos presentaba un excelente comportamiento para este tipo de reacciones de transesterificación con materias primas de baja calidad. Por tanto, el objetivo de estre proyecto ha sido la evaluación catalítica de este catalizador en la transformación en biodiésel de aceites y grasas de baja calidad: aceite de fritura usado, sebo de cerdo de baja calidad, mezcla de grasas para piensos animales y grasa de categoría 1 (no apta para consumo humano o animal). Antes de determinar el comportamiento de las materias primas en reacción se llevó a cabo una caracterización de las mismas. En todos los casos se obtuvo una acidez superior a la apropiada para poder emplear catálisis alcalina y grandes concentraciones de fósforo y metales ligeros. Además los aceites y grasas de bajo coste presentan en general un alto contenido en agua, y elevada concentración de materia insaponificable, que representa la fracción que no puede ser convertida a FAME. El contenido en estas impurezas es especialmente importante en la grasa de categoría 1 y en la mezcla de grasas. Tras la caracterización de las materias primas, éstas fueron evaluadas en reacción bajo las siguientes condiciones optimizadas: 163 ºC, relación molar metanol/aceite de 28,9, 8,34 % en peso de catalizador y velocidad de agitación de 2000 rpm. Los resultados fueron excelentes, ya que se obtuvieron en todos los casos rendimientos a FAME del 80%, tras un tiempo de reacción de 2h. Esto demuestra que el catalizador presenta un enorme potencial para la producción de FAME a partir de grasas y aceites de baja calidad con catálisis ácida. Sin embargo, un estudio de reutilización reveló una considerable pérdida de actividad del catalizador con las materias primas con mayor contenido en impurezas, la mezcla de grasas y la grasa de categoría-1. La principal causa de desactivación se ha atribuido a la materia insaponificable, que queda retenida en los centros activos del catalizador por quimisorción de compuestos polares sobre los centros catalíticos sulfónicos Por este motivo, se decidió someter a estas grasas a un pre-tratamiento de purificación. Dicho acondicionamiento consistió en un lavado con intercambio catiónico (con resina Amberslyst-15) seguido de un secado, y redujo significativamente los niveles de impurezas y materia insaponificable. Tras este procedimiento, el rendimiento de las reacciones de reutilización se vio notablemente mejorado para la mezcla de grasas, aunque no para la grasa de categoría-1, que seguía presentando un contenido elevado de materia insaponificable