dc.description.abstract | El presente proyecto fin de carrera forma parte de una línea de investigación que se desarrolla
en la actualidad en el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (G.I.Q.A.) de la Universidad Rey
Juan Carlos denominada ¿Producción de biocombustibles¿ y, más concretamente, en el
¿Aprovechamiento de la glicerina para su transformación en aditivos de biodiésel o gasóleo de
automoción¿.
El interés de esta investigación viene motivado por la Directiva 2009/28/CE, que promueve el
uso de biocarburantes en el sector del transporte para reducir tanto las emisiones de gases de efecto
invernadero como la creciente dependencia del petróleo. Dicha directiva fija para los miembros de la
UE una penetración en el mercado del 10% de biocombustibles para finales del 2020, calculado sobre
la base del contenido energético de los carburantes. De alcanzarse dicho objetivo, se estima que en los
próximos años se genere un gran excedente de glicerina con la consiguiente disminución del precio de
la misma.
Este trabajo de investigación está enfocado hacia el estudio del comportamiento de materiales
mesoestructurados funcionalizados con grupos sulfónicos en la transesterificación de glicerina con
acetato de metilo. La importancia de esta reacción radica en el hecho de poder obtener compuestos con
propiedades adecuadas para su utilización como bioaditivos. Estos productos añadidos al biodiésel
producen una mejora de las propiedades en frío y de la viscosidad del biocombustible final. Además,
también podría adicionarse a las gasolinas mejorando sus propiedades antidetonantes. De esta manera,
no sólo supondría una posible alternativa para dar salida a las grandes cantidades de glicerina que se
producirán con el previsible incremento de la producción de biodiésel, sino también, se le estaría
dotando de un mayor valor añadido a este subproducto haciendo más rentable el proceso productivo.
Además, cabe mencionar que el acetato de metilo es un producto secundario que se obtiene en una
elevada cantidad en la producción de polivinilalcohol (PVA), por lo que también implicaría una
revalorización para este compuesto.
La primera parte del presente proyecto se centra en optimizar las condiciones de reacción de la
transesterificación de glicerina con acetato de metilo. Existen cuatro variables que pueden afectar
sustancialmente al sistema de reacción en estudio: la temperatura, el tiempo de reacción, la cantidad de
catalizador y la relación molar acetato de metilo:glicerina. En primer lugar se han realizado estudios
prelimilares para ver la influencia de la temperatura y del tiempo de reacción, a partir de los cuales se
han fijado dichas variables. A continuación, se empleó la metodología de un diseño de experimentos
para analizar la repercusión de la concentración del catalizador y la relación molar de acetato de
metilo:glicerina en la consecución de los objetivos de maximizar tanto la conversión de glicerina como
la selectividad hacia los productos di- y triacetilados. A través de él, se han obtenido una serie de
ecuaciones predictivas que han sido utilizadas para representar las correspondientes superficies respuesta y finalmente, mediante un estudio de las mismas, determinar las condiciones óptimas de la
reacción. Los resultados de dicho estudio han mostrado que para alcanzar altas conversiones de
glicerina y elevadas selectividades a los productos de interés, es necesario trabajar con un exceso de
acetato de metilo (relación molar acetato de metilo:glicerina ¿¿ 50:1) y una alta cantidad de
catalizador (concentración de catalizador respecto de la glicerina ¿¿ 7,5% (p/p)).
A continuación, se ha estudiado la reutilización del catalizador y los posibles motivos de su
desactivación. Para ello, se ha realizado un análisis comparativo a altas y bajas relaciones de acetato
de metilo:catalizador. La conclusión que se extrae de este estudio es que al trabajar con elevadas
proporciones de éster, se produce una rápida desactivación del catalizador disminuyendo el número de
reutilizaciones posibles. Esta pérdida de actividad puede ser debida a varios factores, entre los que
destaca la sustitución del grupo metilo del éster por el protón del grupo sulfónico del catalizador para
dar ácido acético y sulfonato de metilo.
Otro hecho a tener en cuenta es el efecto que pueden causar las impurezas que acompañen a la
glicerina alimentada. Por este motivo, se ha realizado una comparativa empleando glicerinas de
distinta naturaleza (farmacéutica, técnica y cruda). De esta manera, se observa que la presencia de
agua y de sales afecta negativamente a la conversión de la glicerina y a la obtención de una
distribución de productos adecuada para la producción de bioditivos. Aún así, los resultados obtenidos
al trabajar con la glicerina técnica (6,2% en peso de agua) se pueden considerar como aceptables,
posicionándola como una alimentación atractiva para este proceso de transformación.
Por último, se ha llevado a cabo un estudio comparativo entre sílices mesoestructuradas
funcionalizadas con grupos sulfónicos y materiales sulfónicos comerciales. De esta manera, se pone de
manifiesto la idoneidad del catalizador mesoestructurado, funcionalizado con grupos arilsulfónicos,
seleccionado para el desarrollo del presente proyecto de investigación. Dicho material reúne las
propiedades ácidas suficientes para obtener elevadas conversiones de glicerina y una distribución de
productos favorable para su utilización como bioditivos. Asimismo, ha demostrado tener una mayor
actividad catalítica que los catalizadores comerciales ensayados, exceptuando la resina ácida
Amberlyst-70.
Por todo lo expuesto, se puede concluir que los materiales mesoestructurados funcionalizados
con grupos arilsulfónicos se presentan como catalizadores interesantes en la reacción de
transesterificación de glicerina con acetato de metilo. De hecho, ésta puede ser considerada como una
nueva aplicación catalítica de este tipo de sólidos. | en_US |