Transformación catalítica de glicerina en compuestos oxigenados para la formulación de combustibles de automoción

Abstract

La presente Tesis Doctoral se engloba dentro de la línea de investigación de Producción de Biocombustibles que se viene desarrollando desde el año 2006 en el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología de la Universidad Rey Juan Carlos. Además, la investigación llevada a cabo también se encuentra relacionada con la síntesis, caracterización y aplicación catalítica de materiales mesoestructurados funcionalizados con grupos sulfónicos que ha sido también objeto de estudio en dicho grupo durante los últimos 10 años. Para su realización se ha trabajado en colaboración con el Centro Tecnológico de Repsol (CTR, Móstoles) y la planta de producción de biodiésel de ACCIONA (Caparroso, Navarra). La financiación de esta investigación se ha realizado a través del proyecto PIIBE (¿Proyecto de Investigación para el Impulso del Biodiésel en España¿), el cual está integrado en un programa CENIT (¿Consorcios Estratégicos Nacionales en Investigación Técnica¿), que se ha desarrollado durante el periodo 2006 ¿ 2009. Asimismo, dicho programa CENIT ha sido financiado por el CDTI (¿Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial¿) y liderado por Repsol. En los últimos años, los programas sobre fomento de biocombustibles han proliferado por todo el mundo, para lograr seguridad energética, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la calidad del aire urbano. La producción de biodiésel en la Unión Europea (UE) ha aumentado exponencialmente en los últimos años como consecuencia de las elevadas inversiones aplicadas a este sector desde el año 2000. A pesar de que el balance de masa varía ligeramente en función del cultivo vegetal empleado e incluso de su ubicación, de manera general se pueden aceptar como valores medios que por cada 100 Kg de biodiésel producido, se generan 11 Kg de glicerina cruda (aproximadamente 10 Kg si se refiere a glicerina purificada) como subproducto de la reacción. En este contexto, se empezó a generar un gran excedente de glicerina desde el inicio de la expansión de la industria del biodiésel y como resultado, el precio de la glicerina empezó a disminuir tan rápido como las plantas de biodiésel a ser construidas. A la luz de esta situación, existe una preocupación creciente y justificada sobre las posibilidades futuras de la venta de la glicerina producida y surge la necesidad de dar salida al excedente de glicerina generado para asegurar la viabilidad económica del proceso de producción de biodiésel. El desarrollo de tecnologías que impliquen la transformación de este subproducto en compuestos que mejoren las propiedades del biodiésel constituye una vía de estudio de gran valor técnico y comercial. Por ello, existen nuevas líneas de investigación que persiguen la conversión de la glicerina, mediante reacciones con olefinas, aldehídos, cetonas, ácidos o ésteres, en los correspondientes éteres, cetales, acetales y acetatos de glicerina. Precisamente en este campo es donde se centra el presente trabajo de investigación, encaminado a dar salida al excedente de glicerina mediante su transformación en compuestos oxigenados aptos para ser utilizados en la formulación de biodiésel o gasóleo de automoción. Esta alternativa tiene un gran atractivo económico ya que revaloriza un subproducto aumentando el rendimiento del proceso de transesterificación. Por otro lado, la transformación de la glicerina para su aplicación en la industria de química fina requiere una purificación previa de dicho subproducto, mientras que un proceso integrado de producción de biodiésel y transformación de glicerina con menor grado de refinado reduciría los costes de purificación de la misma. Además, también es importante indicar, por una lado, la necesidad de alcanzar los objetivos propuestos en la UE por la Directiva 2009/28/CE (para el año 2020, un 10 % de la energía consumida en el transporte debe proceder de fuentes renovables) y por otro, la creciente demanda que existe en la actualidad de nuevos aditivos específicos para mejorar las propiedades del biodiésel que sean biodegradables, no tóxicos y renovables, entre los que se encuentran los derivados de la glicerina. El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral, es la transformación catalítica de la glicerina con el objetivo de obtener compuestos oxigenados que puedan ser utilizados en la formulación de combustibles de automoción. Con dicha finalidad se han seleccionado cinco sistemas de reacción: eterificación de glicerina con isobuteno, esterificación de glicerina con ácido acético, transesterificación de acetato de metilo con glicerina, acetalización de glicerina con acetona y eterificación de glicerina con etanol.