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  • 1. Combustibles Biodiesel: una alternativa real al gasóleo mineral G. Vicente Crespo, M. Martínez Rodríguez y J. Aracil Mira Dpto. de Ingeniería Química. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Complutense final de petróleo (Fig. 2). Entre 1. Introducción 1985 y 1996, el aumento de consu- mo de energía en el transporte fue de 88 millones de Tep, lo que re- Después del sector doméstico y presentó un 70 % del aumento de de servicios, el transporte registra la demanda de energía (Fig. 3) [1]. la mayor parte de las necesidades energéticas de la Unión Europea Además, el 98 % de los com- (UE), contribuyendo además de bustibles empleados en el trans- manera significativa al crecimiento porte provienen del petróleo, sien- actual de la demanda de energía fi- do el 78 % del suministro de pe- nal. En el año 1996, el consumo de tróleo comunitario procedente del energía de la UE en el sector del exterior y, sin medidas específicas transporte fue de 283,27 millones para la progresiva liberación del de Tep (toneladas equivalentes de petróleo, en particular en el trans- petróleo), lo que representó un porte, la dependencia petrolera po- 30% del consumo final de energía dría llegar al 90 % de aquí al año http://www.energuia.com (Fig. 1) y un 46,6 % del consumo 2020.El biodiesel es una de las fuentes Figura 1. Distribución del consumo de energía final Por otro lado, la dependencia dede energía renovables, y éstas, al por sectores en la UE (1996) la UE de las importaciones energé- ser autóctonas, representan un tica es ya del 50 % y, si no se adop- potencial imprescindible para ta ninguna medida, se espera que 28% 30% aumente en los próximos años has- reforzar la seguridad del abastecimiento en Europa y ta alcanzar el 70 % antes del 2020. alcanzar el objetivo fijado por la En España, el nivel de dependencia energética se encuentra entre los Comisión Europea, que supone más elevados de la UE: el peso de abarcar el 7% del mercado del las importaciones en nuestro país transporte en el año 2010. El 42% superó el 70 % (72% en 1998). término biodiesel se refiere a los Transporte Doméstico y servicios Industria ésteres metílicos o etílicos En este contexto, las energíasobtenidos por transesterificación renovables, al ser autóctonas, re- Figura 2. Consumo final de petróleo por sectores (1996) de aceites vegetales y de grasas presentan un potencial imprescin- de animales. dible para reforzar la seguridad del 17% abastecimiento en Europa, redu- Se presentan los procedimientos de obtención y la utilización de ciendo el nivel de importaciones biodiesel, principalmente en la 46% energéticas. La Comisión, en su 21% Libro Blanco de 1997, ha fijado el combustión de motores diesel y objetivo de duplicar la cuota de las calderas y sus ventajas energías renovables en el consumo medioambientales en global de energía, pasando del 6 % 16% comparación con el gasóleo en 1997 al 12 % en 2010 [2]. En lí- convencional. También se Transporte Industria nea con esta aspiración, se promul-estudian los aspectos económicos Transformación y energía Otros gó la Ley 54/1997 del Sector Eléc- de su utilización. trico en España, que enuncia entre  Ingeniería Química marzo 01 www.alcion.es 135
  • 2. INGENIERIA QUIMICA pón, los objetivos de reducción 400 H quedaron establecidos en el 7 % y 375 H H 6 %, respectivamente [4]. H H 350 H A pesar de los avances alcanza- 325 dos en la eficiencia de los vehícu- Millones TEP 300 los nuevos, la gestión del tráfico y B B B J J 275 J B la concienciación ciudadana a cer- J B B ca de los hábitos de conducción y 250 el mantenimiento de los vehículos, J el crecimiento anual del parque de 225 200 J vehículos representa una barrera para frenar el aumento del consu- 175 mo de combustibles fósiles para el 150 transporte y el creciente deterioro 1985 1988 1990 1994 1995 1996 de la calidad ambiental en las gran- des ciudades. El parque de turis- mos aumentó en 1.407.200 vehícu- B Industria Industria 269,8 275,7 269,7 252,6 257,4 266,4 los en 1999 respecto a 1998 y el consumo de combustibles creció J Transporte Transporte 201,84 233,57 253,57 272,2 275,69 283,27 mucho más que el PIB (un 12,5 % la gasolina sin plomo y un 8,5 % el gasóleo A y B). Esta situación ha H Doméstico y Servicios Doméstico y Servicios 353,3 348,62 341,47 355,96 365,5 393,77 generado un interés creciente por el desarrollo de fuentes de energía alternativas a los combustibles tra- dicionales para el transporte. Ensus objetivos la garantía del sumi- do la necesidad de llevar acabo ac- Figura 3. este contexto, los biocarburantes Evolución delnistro y la calidad del mismo al tuaciones que contribuyan a con- son de las alternativas con ventajas consumo demenor coste posible, la mejora de servar el medio ambiente y, en es- energía final más claras y, que por su carácterla eficiencia energética, la reduc- te sentido, la mayor preocupación por sectores renovable y su menor impacto am-ción del consumo y la protección está dirigida hacia los efectos del en la UE biental, ayudarían a cumplir losdel medio ambiente; estableciendo cambio climático. Según el Grupo compromisos adoptados a nivelen su Disposición transitoria deci- Intergubernamental de Expertos europeo. El libro blanco de 1997mosexta, el mismo objetivo que el sobre el Cambio Climático sobre las fuentes de energías reno-Libro Blanco para nuestro país, y (IPCC), desde 1900 se acelera el vables, cifró la contribución de losque, en términos relativos, también calentamiento de la atmósfera de- biocarburantes en un 7 % del con-supone la duplicación de la partici- bido al efecto invernadero, siendo sumo de aquí al 2010 [2].pación actual de las energías reno- este efecto aun más intenso en losvables (6,3 % del consumo de últimos 25 años. Este calenta- Se llaman biocarburantes a to-energía primaria en 1998). Ade- miento se debe en un 80% a las dos aquellos combustibles líquidosmás, para dar cumplimiento a estos emisiones de dióxido de carbono, obtenidos a partir de productosobjetivos, el Instituto para la Di- siendo, por tanto, su causante prin- biomásicos que se utilizan princi-versificación Energética y Ahorro cipal. Debido a la dependencia del palmente en motores de combus-de la Energía (IDAE) del Ministe- transporte de las energías fósiles y tión interna, pero también en cal-rio de Ciencia y Tecnología ha ela- al crecimiento de la demanda de deras de calefacción. Se puedenborado un Plan de Fomento de las estos combustibles, se prevé un distinguir dos clases de biocarbu-Energías Renovables, que ha sido aumento de las emisiones de dió- rantes:aprobado por el Consejo de Minis- xido de carbono en el transporte.tros el 30 de diciembre de 1999. En efecto, los aumentos previstos • Los alcoholes y sus éteres de- de dióxido de carbono entre 1990 rivados, obtenidos a partir de la ca- Por otro lado, el transporte tie- y el 2010 pueden atribuirse en un ña de azúcar, la remolacha, el sor-ne un efecto negativo sobre el me- 90% al sector del transporte. En go dulce etc. y que se utilizan co-dio ambiente, especialmente en las esta dirección, los principales mo aditivos de las gasolinas.grandes ciudades. En la UE, el compromisos para la reducción • Los ésteres metílicos y etílicostransporte es responsable de un del efecto invernadero se adopta- derivados de los aceites vegetales,7% de las emisiones de dióxido de ron a través de un Protocolo fir- de las grasas animales o de losazufre (SO2), un 28% de las emi- mado en Kioto en 1997. Así, la aceites vegetales usados, y quesiones de dióxido de carbono UE se comprometió a reducir en pueden sustituir al gasóleo de auto-(CO2), del 87 % de las de monóxi- un 8% sus niveles de emisiones de moción o de calefacciones en cual-do de carbono (CO) y del 66% de gases de efecto invernadero en el quier proporción. Por esta razón,las de óxidos de nitrógeno (NOx) 2010 respecto a los niveles en se los engloba en el término gene-[3]. Por este motivo, se ha genera- 1990. Para Estados Unidos y Ja- ral biodiesel.136
  • 3. Combustibles El presente artículo aborda eldesarrollo de estos últimos (biodie-sel) en todos sus aspectos. 2. Definición de biodiesel El término biodiesel puede re-sultar ambiguo, ya que en unprincipio englobaba varios tiposdiferentes de productos cuando biodiesel y referirse a ellas simple- Figura 5. molécula polar y alcohol de cadenason utilizados como combustibles mente como mezclas de biodiesel Transesterifi- corta.diesel: con gasóleo y señalar en que pro- cación para porción. Una terminología usada dar ésteres Más recientemente, la defini- metílicos • Aceites vegetales. de bastante utilidad consiste en ción de biodiesel hace referencia a • Aceites vegetales mezclados nombrar a la mezcla con una B (de los ésteres metílicos y etílicos decon gasóleo en proporciones varia- biodiesel) seguida de la proporción origen natural, obtenidos a partirbles. de biodiesel en la mezcla. Así, por de la transesterificación de cual- • Aceites vegetales mezclados ejemplo, la mezcla B20 estaría for- quier tipo de aceites vegetales ocon disolventes: microemulsiones. mada por un 20 % de biodiesel y grasas animales, pero también a • Productos resultantes de la pi- un 80 % de combustible Diesel. partir de la esterificación de ácidosrólisis de aceites vegetales. grasos, y que se emplean como • Ésteres metílicos o etílicos Además, hay que resaltar la de- combustibles [5].preparados a partir de aceites vege- finición de biodiesel propuesta portales o grasas animales. las especificaciones ASTM, que • Ésteres metílicos o etílicos describe el biodiesel como: Ésterespreparados a partir de aceites vege- monoalquílicos de ácidos grasos 3. Métódo de obtencióntales o grasas animales mezclados de cadena larga derivados de lípi- de biodieselcon gasóleo en proporciones varia- dos renovables tales como aceitesbles. vegetales o grasa de animales, y que se emplea en los motores de El proceso general de produc- Sin embargo, con el creciente ignición de compresión (motores ción de biodiesel se detalla en la fi-énfasis en la producción y desarro- diesel) o en calderas de calefac- gura 4. Los ésteres alquílicos dello de ésteres metílicos y etílicos, ción. Esta definición incluye, ade- ácidos grasos, que se producen pa-como combustibles diesel, el tér- más de los ésteres metílicos o etíli- ra ser combustibles diesel (biodie-mino biodiesel se refiere, cada vez cos, otros ésteres de monoalcoho- sel), se obtienen a partir de la tran-más, a los ésteres metílicos o etíli- les como los ésteres isopropílicos, sesterificación de aceites y grasascos obtenidos por transesterifica- butílicos etc. Sin embargo, como con alcoholes de bajo peso mole-ción de aceites vegetales y de gra- ya se ha señalado, los ésteres de cular (alcoholisis), en presencia desas de animales. En cuanto a las metanol y etanol son los más co- un catalizador adecuado. El casomezclas de éstos con gasóleo, es munes, especialmente, los de me- particular de la alcoholisis con me-preferible, para evitar ambigüeda- tanol, debido a su bajo coste y a tanol, que es el más común, parades, no incluirlas en el término de sus ventajas físicas y químicas: formar ésteres metílicos de ácidos grasos se denomina metanolisis. En el proceso se produce también glicerina como producto secunda- Figura 4. Esquema rio. Tras su separación, los ésteres general del formados son tratados para separar proceso de una parte del alcohol no reaccio- obtención de nante (50 %) y eliminar restos de biodiesel impurezas. A su vez, la glicerina también se purifica para poder ser utilizada en sus aplicaciones tradi- cionales (cosmética, alimentación, farmacia, etc.) o en otras más no- vedosas (alimentos de animales, fermentaciones, plásticos, fabrica- ción de poligliceroles, ésteres de glicerina o 1,3- propanodiol, etc.) [6]. En la purificación de la glice- marzo 01 137
  • 4. INGENIERIA QUIMICArina se separa la otra parte del al- ción de alcoholisis para dar ésteres ferimos en peso, 100 kilogramoscohol no reaccionante y ácidos metílicos se refleja en la figura 5. de grasa o aceite y 11 kg de meta-grasos, que pueden esterificarse de Según la estequiometría de la reac- nol producen, a través de la reac-nuevo para formar más biodiesel o ción global, por cada mol de trigli- ción de transesterificación, 100 ki-utilizarse como materia prima para cérido transesterificado se necesi- logramos de ésteres metílicos y 11producir jabón u otros productos. tan tres moles de metanol y se ob- kilogramos de glicerina. La reac- tienen tres moles de ésteres metíli- ción supone la transformación de El esquema global de la reac- cos y un mol de glicerina. Si lo re- las moléculas de triglicéridos, que son grandes y ramificadas, en mo- Figura 6. léculas de ésteres metílicos de áci- Esquema de dos grasos, que son lineales, no ra- reacción de la metanolisis mificadas, más pequeñas y muy si- milares, en tamaño, a los compo- nentes del gasóleo mineral. Químicamente, la transesterifi- cación consiste en tres reacciones consecutivas y reversibles. El tri- glicérido es convertido consecuti- vamente en diglicérido, monogli- cérido y glicerol. En cada reacción un mol de éster metílico (EM) es liberado. (Fig. 6). El estudio de la transferencia de materia en el proceso de obtención de biodiesel debe tenerse en consi- deración, ya que ni el metanol es soluble en los triglicéridos, ni los ésteres metílicos lo son en la glice- rina. Sin embargo, el metanol es soluble en los ésteres metílicos y la glicerina. Por tanto, durante los primeros minutos de la reacción, se observa un sistema formado por dos fases, que se transforma en una fase homogénea al formarse los és- teres metílicos, pero tan pronto aparecen cantidades importantes de glicerina, vuelven a aparecer dos fases. Figura 7. La alcoholisis es una reacción re- Reacciones versible, por lo que es necesario uti- secundarias lizar exceso de alcohol para despla- indeseables zar el equilibrio hacia la formación de productos. Además, la forma- ción de la fase de la glicerina, in- miscible con los ésteres metílicos, juega un papel importante en el des- plazamiento de la reacción hacia la derecha, alcanzándose, por ello, conversiones cercanas al 100 %. La alcoholisis requiere la pre- sencia de un catalizador adecuado, que puede ser homogéneo (ácido o básico) o heterogéneo, siendo pre- ferible la reacción con un cataliza- dor homogéneo básico, ya que se obtienen mejores resultados, en términos de rendimiento y calidad del biodiesel, rapidez de la reac-138
  • 5. Combustiblesción, mientras que se necesitan Figura 9. Materias primas encondiciones moderadas de presión Aceite de soja (1%) Aceite de palma (1%) Otros (1%) la producción dey temperatura [7]. Los catalizado- biodieselres de este tipo son bases fuertes,siendo los más comunes los hidró- Aceite de girasol (13%)xidos y metóxidos (sódicos y potá-sicos). No obstante, estos cataliza-dores presentan el problema de laformación de jabones por neutrali-zación de los ácidos grasos librespresentes en el aceite. Además, sise utilizan hidróxidos como catali-zadores se pueden formar jabones Aceite de colza (84%)por saponificación de los glicéri-dos o los ésteres metílicos forma-dos. Los esquemas de ambas reac- léculas contienen los grupos OHciones secundarias cuando se utili- responsables de esta reacción. Así, 4. Aceites vegetales yza hidróxido potásico como catali- cuando se utilizan estos catalizado- grasas animales parazador se observan en la figura 7. res, se debe tener especial precau- la producción deLa formación de jabones consume ción con las condiciones de reac- biodieselparcialmente el catalizador, dismi- ción, especialmente temperatura ynuye el rendimiento de la reacción, cantidad de catalizador básico, pa-y dificulta las etapas de separación ra reducir al máximo la saponifica- Existen varias materias primasy purificación. ción. Sin embargo, los metóxidos que contienen los glicéridos nece- sólo contienen el grupo OH como sarios para la obtención de ésteres La neutralización de los ácidos impureza, por lo que su utilización metílicos de ácidos grasos. Unagrasos libres se puede evitar utili- no produce prácticamente jabones clasificación de estas materias pri-zando aceites de bajo índice de aci- por saponificación. En cualquier mas se refleja en la figura 8 [8]. Eldez (>0,5 %). Sin embargo, en mu- caso, se deben utilizar aceites y al- aceite de colza es la materia primachas ocasiones los aceites más ren- coholes esencialmente anhídros, con mayor cuota de utilización entables económicamente presentan ya que el agua favorece la forma- la producción de biodiesel. En se-cierto contenido en ácidos grasos, ción de jabones por saponifica- gundo lugar, está el aceite de gira-como los aceites y grasas usadas. ción. Por este motivo, se debe eli- sol, seguido por el aceite de soja y minar el agua, mediante evapora- palma, (Fig. 9). Las otras materias La saponificación está favoreci- ción, en los aceites con altos conte- primas son el aceite de coco, el se-da cuando se utiliza el hidróxido nidos en humedad antes de llevar a bo y los aceites usados [9].potásico o sódico, ya que sus mo- cabo la transesterificación. 4.1. Aceites vegetales convencionales Figura 8. ACEITES VEGETALES CONVENCIONALES Materias ––––––––––––––––––––––––––––––– Aceite de girasol. primas para Aceite de colza. la producción Las materias primas utilizadas Aceite de soja. de biodiesel convencionalmente en la produc- Aceite de coco. ción de biodiesel han sido los acei- Aceite de palma. tes de semillas oleaginosas como ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOS. el girasol y la colza (Europa), la Aceite de Brassica carinata. soja (Estados Unidos) y el coco Aceite de Cynara curdunculus. (Filipinas); y los aceites de frutos Aceite de Camelina sativa. oleaginosos como la palma (Mala- Aceite de Crambe abyssinica. sia e Indonesia). En la figura 10 se Aceite de Pogianus. representan las producciones mun- Aceite de Jatropha curcas diales de los aceites vegetales mencionados en 1995 [10]. ACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE. Aceite de girasol de alto oleico Por razones climatológicas, la GRASAS ANIMALES colza (Brassica napus) se produce Sebo principalmente en el norte de Eu- ropa y el girasol (Helianthus an- ACEITES DE FRITURA USADOS. nuus) en los países mediterráneos ACEITES DE OTRAS FUENTES del sur, como España o Italia. La Aceite de producción microbiana utilización de estos aceites para Aceite de microalgas producir biodiesel en Europa ha estado asociada a las regulaciones marzo 01 139
  • 6. INGENIERIA QUIMICA (M M T ) Por otra parte, existe una limita- 140 1 2 9 ,9 ción en cuanto a los subproductos resultantes del cultivo de determi- nadas oleaginosas en tierras de re- 120 tirada (Acuerdos de Blair House), que se cuantifica en un millón de P r o d u c c ió n 100 toneladas equivalentes de soja. En nuestro país, el uso de culti- 80 vos tradicionales como energéticos está condicionado además por la producción del aceite, ya que una 60 producción media en secano de 834 kilos por hectárea de aceite de gira- 3 4 ,7 40 sol resulta poco atractiva, desde el 2 6 ,2 punto de vista del agricultor, para 1 5 ,6 elegir este cultivo como fuente de 20 obtención de biocarburantes. La col- 4 ,9 za no le va a la zaga, pues su cultivo 0 extensivo presenta en España unos Girasol Colza Soja Coco Palma rendimientos no muy superiores al girasol. En la Tabla II se observa el S e m i l l a s y F r u t o s O l e a g i n análisis des o s o superficie, rendimiento y producción de girasol, colza y soja en España en 1996 [12].de retirada obligatoria de tierras Figura 10. las tierras de retirada para la pro-(set-aside lands) de la Política Producciones ducción de materia primas energé- Para asegurar un volumen con-Agraria Común (PAC) que permite mundiales de tica supone un riesgo por cuanto tinuo de suministro, las materiasel cultivo de semillas oleaginosas a aceites estas superficies varían en el tiem- primas para usos energéticos debe- vegetales enprecios razonables. Con la entrada 1995 po, ya que el régimen de retirada rán proceder de las mismas tierrasen vigor de la reforma de la PAC de tierras depende de la oferta y la que las destinadas a usos alimenta-en 1992 se introduce el concepto demanda de cereales alimentarios, rios, recibir las mismas ayudas yde la retirada obligatoria de tierras, lo que implica que este índice está comercializarse de forma no dife-que básicamente consiste en dejar sujeto a alteraciones. El porcentaje renciada [13]. Al mismo tiempo, seun % mínimo de la tierra de labor de tierras de retirada obligatoria, deben utilizar otras materias pri-en barbecho, pudiéndose cultivar que un principio fue de un 15 %, mas distintas a las convencionales.únicamente si los fines son no ali- disminuyó a un 12 % y posterior- De este modo, se deben dirigir lasmentarios. En la actualidad el por- mente a un 10%, originando, por investigaciones hacia las materiascentaje mínimo de tierras de retira- tanto, variaciones en la producción primas más baratas, las semillas oda es del 10 %. En España, según de biocarburantes. En la Tabla I es- frutos que producen mayor rendi-el IDAE, se alcanzan 100.000 hec- tán representadas las evoluciones miento en aceite y los aceites otáreas para la obtención de biodie- de tierras cultivadas con semillas grasas que presentan algún tipo desel (10 % de la superficie tradicio- oleaginosas (girasol, colza y soja) ventaja en el proceso de transfor-nalmente dedicada al girasol) [11]. para fines alimentarios y no ali- mación a ésteres metílicos o en laSin embargo, la dedicación de sólo mentarios en España y Europa. calidad de los mismos. Tabla I. Evolución de las superficies cultivadas con semillas oleaginosas para fines alimentarios y no alimentarios No alimentaria Alimentaria Area (1.000 ha) 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 Girasol España 4,44 35,64 26,86 13,76 13,77 2.064,28 1.292,67 1.043,59 1.110,00 1.111,00 UE 31,84 134,73 143,26 88,43 71,76 3.176,39 2.823,43 2.304,58 2.405,39 2.340,00 Colza España 0 2,16 5,20 2,32 2,32 9,56 66,96 81,520 82,00 82,00 UE 171,38 477,58 824,82 562,06 325,52 2.329,48 2.356,47 2.068,71 2.105,37 2.487,30 Soja España 0 0 0 0 0 1,27 5,52 0,30 5,00 5,00 UE 0 0 0 0 0 274,44 341,63 304,71 332,23 401,00140
  • 7. Combustibles que han sido modificados genéti- Tabla II. Análisis de superficie, rendimiento y producción de girasol, camente para reducir esta propor- colza y soja en España (1996) ción, como el aceite de girasol de alto oleico. Superficie (Hectáreas) Rendimiento (kg/Ha) Producción 4.4. Aceites Semilla Secano Regadío Total Secano Regadío (Toneladas) de fritura usados ––––––––––––––––––––––––––––––– Girasol 847.282 250.932 1.098.214 834 1.877 1.177.757 Colza 16.304 81.262 97.566 1.138 1.100 107.962 El aceite de fritura usado es de Soja 64 5.073 5.137 917 1.987 10.141 las alternativas con mejores pers- pectivas en la producción de bio- diesel, ya que es la materia prima más barata, y con su utilización se4.2. Aceites vegetales donde los rendimientos por hectá- evitan los costes de tratamiento co-alternativos rea de la colza o el girasol alcanzan mo residuo. En Austria, cada per-––––––––––––––––––––––––––––––– valores superiores. sona produce 5 kg por año de acei- tes vegetales usados [15]. Extrapo- Además de los aceites vegetales La Cyanara cardunculus pro- lando este valor para Europa, apro-convencionales, existen otras espe- viene originalmente de las zonas ximadamente 1.860.000 de tonela-cies más adaptadas a las condicio- mediterráneas, donde los egipcios, das podrían recolectarse, basándo-nes del país donde se desarrollan y los griegos y los romanos la cono- nos en una población demejor posicionados en el ámbito cían. Actualmente, se puede encon- 372.131.000 personas [16]. Segúnde los cultivos energéticos. En este trar creciendo de forma salvaje en RICE (1999), en la actualidad sesentido, destacan las utilizaciones, los países mediterráneos, sobre to- recogen algo más de 500.000 tone-como materias primas de la pro- do en el sur de España y Portugal, ladas de aceites usados [17].ducción de biodiesel, de los aceites las Islas Canarias y las Azores. Lade Camelina sativa, Crambe abys- Cynara cardunculus es un cultivo A este respecto, España es unsinica y Jatropha curcas. plurianual y permanente, de unos gran consumidor de aceites vegeta- diez años de ocupación del terreno, les, centrándose el consumo en Como se señaló en el aparta- y orientado fundamentalmente a la aceite de oliva y girasol. Además,do anterior, los condicionantes producción de biomasa, aunque estos aceites presentan un bajo ni-productivos en España limitan el también pueden aprovecharse sus vel de reutilización, por lo que nouso de cultivos tradicionales como semillas para la obtención de acei- sufren grandes alteraciones yenergéticos. Sin embargo, existen te. Se obtienen rendimientos de muestran una buena aptitud para suotros cultivos que se adaptan mejor 20.000 a 30.000 kilogramos de ma- aprovechamiento como biocom-a las condiciones de nuestro país y teria seca por hectárea, que pueden bustible.que presentan rendimientos de pro- utilizare para la producción de bio-ducción mayores. En concreto, se electricidad. Al mismo tiempo, se Los datos de consumo en Espa-trata de los cultivos de Brassica obtienen de 2.000 a 3.000 kilogra- ña se sitúan en torno al millón decarinata y Cynara cardunculus. mos de semillas, cuyo aceite sirve toneladas/año, estando el volumen de materia prima para la fabrica- de producción de los aceites usa- La Brassica carinata fue impor- ción de biodiesel [14]. dos en torno a las 750.000 tonela-tada en 1957 de Etiopía donde cre- das/año. La estructura de este con-cía en campos pequeños cerca de 4.3. Aceites vegetales sumo se caracteriza por un pesolas aldeas. En Europa, es conocida modificados genéticamente muy elevado del sector hogar, alre-como colza etíope, ya que, excep- ––––––––––––––––––––––––––––––– dedor del 70 % del total, y el restotuando algunas diferencias, es muy corresponde al sector de la hostele-parecida a la colza europea (Brassi- Los aceites y grasas se diferen- ría, servicios y centros oficiales.ca napus). La primera de ellas y cian principalmente en su conteni-muy importante, es que no es apta do en ácidos grasos. Los aceites 4.5. Grasas animalespara el consumo, lo que es una gran con proporciones altas de ácidos –––––––––––––––––––––––––––––––ventaja para su uso como materia grasos insaturados, como el aceiteprima energética. Al mismo tiem- de girasol o de Camelina sativa, Además de los aceites vegetalespo, la Brassica carinata es una al- mejoran la operatividad del biodie- y los aceites de fritura usados, lasternativa real al secano y regadío sel a bajas temperaturas, pero di- grasas animales, y más concreta-extensivo, con valores de produc- minuyen su estabilidad a la oxida- mente el sebo de vaca, pueden uti-ción situados entre 2.000 a 3.000 ción, que se traduce en un índice lizarse como materia prima de lakilogramos por hectárea en secano de yodo elevado. Por este motivo, transesterificación para obtenery más de 3.200 en regadío. De esta se pueden tener en consideración, biodiesel.forma, podría alcanzarse una situa- como materias primas para produ-ción competitiva con otras regiones cir biodiesel, los aceites con eleva- El sebo tiene diferentes gradosproductoras de la Unión Europea, do contenido en insaturaciones, de calidad respecto a su utilización marzo 01 141
  • 8. INGENIERIA QUIMICAen la alimentación, utilizándose los Tabla III. Evolución de la producción de biodieselde peor calidad en la formulación en la Unión Europeade los alimentos de animales. Sinembargo, este mercado ha quedadovetado tras la aparición de la Ence-falopatía Espongiforme Bovina Año 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999*(BSE), conocida como enfermedadde las "vacas locas", en Irlanda y ProducciónReino Unido en 1996. La BSE es (Miles de toneladas) 55 80 150 280 435 475 390 470una enfermedad fatal que ataca elsistema nervioso central de los bo- *Estimación (Fuente: Novaol)binos produciendo 100 % de morta-lidad en los animales afectados y suprincipal vía de transmisión es la la utilización de biodiesel es una nan la calidad del biodiesel, por loalimentaria. Esto originó la crea- práctica reciente, el volumen de que deben definirse especificacio-ción de un nuevo grado de calidad, producción de biodiesel en Europa nes que comprendan estas propie-que comprende el sebo obtenido de es ya bastante significativo. Desde dades.las partes del animal con mayor las primeras plantas piloto (en Sil-riesgo de transmitir esta enferme- berberg y Wieselburg), Austria co- Además, el biodiesel debe cum-dad, que son el cerebro y la espina menzó a producir biodiesel a partir plir las especificaciones de losdorsal, principalmente, pero tam- de aceite de colza. Posteriormente, combustibles minerales de auto-bién los ojos, los ganglios, las raíces en los últimos años, se han cons- moción, gasóleo A, y calefaccio-dorsales, el ileón y las amígdalas. truido diversas plantas para la pro- nes, gasóleo C. El Real Decreto ducción de biodiesel, principal- 398/1996 fija las especificaciones En Irlanda e Inglaterra, se produ- mente a partir de colza y girasol, de estos combustibles en concor-cen 50.000 toneladas/año de sebo en toda la Unión Europea, y el to- dancia con la norma europea EN-obtenido a partir de los residuos de tal de su producción se ha incre- 596.las partes con mayor riesgo de los mentado significativamente comoanimales y de ellos mismos cuando se muestra en los datos de la Tabla Por otro lado, el objetivo de lle-son sospechosos de padecer la en- III. De acuerdo con el objetivo fi- gar en la Unión Europea a un con-fermedad. Para evitar la difusión de jado por la Comisión Europea y sumo de biocombustibles del 7 %BSE y por ley, el sebo debe ser in- que supone abarcar el 7% del mer- de los derivados del petróleo supo-cinerado, sin embargo, los costes de cado del transporte en el año 2010, ne un esfuerzo en la normalizacióntransporte e incineración son eleva- se puede predecir una expectativa de sus características y métodos dedos, en tanto que su transformación positiva de crecimiento de la pro- ensayo. En este sentido, la homo-a biodiesel es una alternativa menos ducción de biodiesel en toda la logación del biodiesel es de impor-costosa. En este sentido, con la apa- Unión Europea. tancia capital para todos los secto-rición de esta enfermedad en toda res socioeconómicos implicados,Europa y, en concreto en España, se En España, está prevista la ya que con ella se garantiza la cali-ha abierto una clara alternativa a la construcción de una planta de pro- dad del producto en cuanto a com-incineración de los residuos gana- ducción de biodiesel a partir de bustible.deros, que ya se ha empezado a in- aceites usados con una capacidadvestigar en Irlanda con resultados de producción de 50.000 tonela- En este contexto, algunos paísesfavorables [18]. das/año. La planta entrará en fun- europeos han aprobado normas pa- cionamiento en Reus (Tarragona) a ra el control de calidad del biodie-4.6. Aceites lo largo del 2001. sel, sin embargo, a nivel europeo,de otras fuentes tan sólo existe un borrador de las––––––––––––––––––––––––––––––– mismas, aunque se espera que su 6. Control de calidad actualización entre en vigor duran- Por último cabe destacar, la pro- del biodiesel te el presente año. El borrador, queducción de lípidos de composicio- distingue entre las característicasnes similares a los aceites vegeta- como carburante de las químicasles, mediante procesos microbia- El biodiesel está constituido específicas como ésteres metílicos,nos, a partir de algas, bacterias y principalmente por mezclas de és- puede apreciarse en la Tabla IV.hongos, así como a partir de mi- teres metílicos, pero también pue-croalgas. de contener restos de jabones, gli- cerina, glicéridos (mono-, di- y tri- 7. Aspectos glicéridos), ácidos grasos libres, energéticos y 5. Desarrollo del catalizadores, sustancias insaponi- medioambientales biodiesel en Europa ficables (esteroles y ésteres de es- teroles) y agua. La presencia de estos componentes minoritarios en Desde el punto de vista energé- Aunque en los países europeos mayor o menor medida determi- tico, el biodiesel constituye una142
  • 9. Combustiblesfuente de energía renovable y ade- • Reducción total de las emisio- reducción del tiempo de retraso demás, su balance energético es posi- nes de óxidos de azufre, ya que los encendido y, en consecuencia, untivo, es decir, la energía total conte- aceites y grasas, por su propio ori- avance del punto de inyección. Senida en el combustible es mayor gen, no contienen azufre. Esto con- han presentado varias soluciones alque la que se invierte a lo largo de lleva a una reducción del fenóme- problema de las emisiones de óxi-su proceso de fabricación (produc- no de la lluvia ácida, del que los dos de nitrógeno [19].ción agrícola y transformación en óxidos de azufre son los principa-biodiesel). Si además se considera les causantes. • Retardo del punto de inyec-la energía contenida en el principal • Reducción de un 50 % de las ción del motor. Esta solución, aun-subproducto, la glicerina, el balan- emisiones de monóxido de carbo- que efectiva, supondría la modifi-ce energético es aún más favorable. no. cación del motor, que reduciría las • Reducción de un 65 % de las ventajas del biodiesel. Respecto a las emisiones conta- emisiones de partículas. • Utilización de un catalizadorminantes a la atmósfera, la utiliza- • Reducción de un 50 % de las de oxidación, que reduciría lasción de biodiesel en la combustión emisiones de hidrocarburos. emisiones oxidando la fracciónde motores diesel y calderas ofrece soluble del combustible. De estaventajas medioambientales en Sin embargo, las emisiones de forma, se reducirían, además decomparación con el gasóleo con- óxidos de nitrógeno aumentan li- las emisiones de óxidos de nitró-vencional. Las emisiones contami- geramente respecto al gasóleo, que geno, las emisiones de hidrocar-nantes que se reducen en la com- está originado por la disminución buros, partículas y monóxido debustión de motores diesel respecto de las temperaturas del escape del carbono.al gasóleo de automoción son: motor, que a su vez conlleva una • Utilización de aditivos. Tabla IV. Borrador de las especificaciones del biodiesel en la UE Propiedad Unidad Especificaciones Método PROPIEDADES COMO COMBUSTIBLE Densidad a 15°C g/cm3 0,86-0,90 ISO 3675 Viscosidad cinemática 40°C mm2/s 3,5-5,0 ISO 3104 Punto de inflamación ºC mín.100 ISO 2719 ºC verano máx. 0 Punto de obstrucción del filtro frío (POFF) DIN EN 116 ºC invierno máx. <-15 Azufre % p/p máx. 0,01 ISO 8754/DIN EN 41 Residuo carbonoso Conradson (10 % residuo destilación) % p/p máx. 0,30 ASTM D-1160/ISO 3405 Índice de cetano - mín. 49 ISO 5165/DIN 51773 Contenido en cenizas % p/p máx. 0,01 EN 26245 Contenido en agua mg/kg máx. 500 ISO 6296/ASTM D 1744 Partículas sólidas g/m3 máx. 20 DIN 51419 Corrosión al cobre (3h/50°C) - máx. 1 ISO 2160 Estabilidad a la oxidación g/m3 máx. 25 ASTM D 2274 PROPIEDADES COMO ÉSTER Índice de acidez mg KOH/g máx. 0,5 ISO 660 Contenido en metanol % p/p máx. 0,3 DIN 51413.1 Contenido en monoglicéridos % p/p máx. 0,8 GLC Contenido en diglicéridos % p/p - GLC Contenido en triglicéridos % p/p - GLC Glicerina ligada % p/p máx. 0,2 CALCULO Glicerina libre % p/p máx. 0,03 GLC Glicerina total % p/p máx. 0,25 CALCULO Índice de yodo - máx. 115 DIN 53241/IP84/81 Fósforo mg/kg máx. 10 DGF C-VI 4 marzo 01 143
  • 10. INGENIERIA QUIMICA Por otra parte, cuando el biodie- aguas subterráneas, que cada día neral son: transporte público y ta-sel se utiliza como combustible de son más escasas, manteniendo su xis de las grandes ciudades, minas,calefacción también se reducen potabilidad actual. Por otro lado, la zonas de agua potable, así como la-considerablemente las emisiones falta de toxicidad y la alta biode- gos, canales y zonas marítimas [9].contaminantes: gradabilidad del biodiesel son atri- butos importantes en las zonas • Reducción prácticamente total acuosas, lagos, estanques, canales 8. Aspectosde las emisiones de partículas. y zonas marítimas, ya que en caso económicos • Reducción de un 75 % de las de accidente de vehículos o máqui-emisiones de monóxido de car- nas, los efectos del biodiesel sobrebono. los seres vivos acuosos son mucho El principal problema de la pro- • Reducción de un 40 % de las menores que los que causaría el ducción de biodiesel a partir deemisiones de óxidos de nitrógeno. combustible Diesel. aceites vegetales es su mayor coste • No se producen emisiones de de producción en comparación concompuestos aromáticos ni de óxi- Por otro lado, el mercado está el correspondiente al gasóleo mi-dos de azufre. dominado en un 98% por el gasó- neral. Sin embargo, la contribución leo fósil, por lo que la sustitución del coste producción del gasóleo a En cuanto a las emisiones de de este combustible bien estableci- su precio es sólo del 15 %, siendodióxido de carbono, la utilización do por un combustible alternativo el 85 % restante los impuestos quede biocarburantes no aumenta el es difícil. Además, el biodiesel po- gravan al gasóleo (IVA e Impuestonivel de las mismas en la atmósfe- dría alcanzar tan sólo el 8 % del Especial). Esto significa que elra, ya que las emisiones de dióxido mercado del gasóleo. En esta di- precio del gasóleo (con impuestos)de carbono, generadas durante la rección, el biodiesel debe cubrir la y el precio del biodiesel proceden-combustión del biocarburante en parte del mercado donde sus venta- te de aceites vegetales (sin impues-motores o calderas, se reabsorben, jas, sobre todo medioambientales, tos) son aproximadamente iguales.a través de la fotosíntesis, en las produzcan un mayor beneficio y En este sentido, para posibilitar suplantas necesarias para su produc- sean reconocidas y valoradas por entrada en el mercado energéticoción (Fig. 11). En el caso de los los consumidores. Por tanto, las re- será necesario reducir y anular loscombustibles fósiles, el carbono gulaciones medioambientales (li- impuestos y favorecer los incenti-que se libera en la atmósfera es el mitaciones de las emisiones conta- vos fiscales. Ahora bien, la legisla-que se ha fijado a la tierra durante minantes), las leyes de la toxicidad ción comunitaria actual permitemiles de años. cero de la vida acuática y las regu- eximir a los biocarburantes en pro- laciones de mínima biodegradabi- yectos piloto y, más a largo plazo, Por último, el biodiesel es bio- lidad, juegan un papel importante podrían beneficiarse de una exen-degradable (98,3 % en 21 días) y en la identificación de estos secto- ción o reducción de sus impuestosno tóxico. De esta forma se evita, res del mercado. Los sectores don- generalizada. Además, se deben te- Figura 11.además de la contaminación de las Ciclo de CO2 de el biodiesel presentaría ventajas ner en cuenta los beneficios proce-tierras, la contaminación de las del biodiesel considerables frente al gasóleo mi- dentes de la venta de los productos secundarios. No obstante, el 78 % del coste de producción se debe al aceite ve- getal que se utiliza como materia prima, por lo que dependiendo del aceite utilizado este porcentaje puede variar, siendo el caso más favorable la utilización de aceites vegetales usados, que consigue re- ducir el coste de la materia prima en un 90%. El 10 % restante inclu- ye costes de recogida y acondicio- namiento de los aceites usados pa- ra su utilización en el proceso. 9. Sectores socioeconómicos beneficiados Los sectores socioeconómicos que se beneficiarían del desarrollo de los biocombustibles son:144
  • 11. Combustibles • Agrícola: Siembra y recogida turo: Fuentes de Energía Renovables (Libro Blan- [11] IDAE. Biodiesel: una alternativa para el co para una Estrategia y un Plan de Acción Co- transporte. Ed. IDAE (Miner).del grano. munitarios), Documento COM(1997) 599 final [12] Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimenta- • Industrias aceiteras: Produc- (26/11/1997). ción. Anuario de Estadística Agroalimentaria. Ed.ción de aceite. [3] Dirección General de Energía (Comisión Eu- Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, • Ganadero e industrias de pro- ropea), 1990. Energy in Europe, a view to the fu- Madrid, (1999). ture. Ed. Dirección General de Energía (1990).ducción de grasas animales: Pro- [13] IDAE. Area de biocarburantes del Plan de [4] Comisión Europea, 1999. Preparación de la Fomento de Energías Renovables en España. Ed.ducción de grasa animal. Aplicación del Protocolo de Kioto (Comunicación IDAE (Madrid),1999. p150-158. • Hostelero: Salida a la produc- de la Comisión al Consejo y al Parlamento), Do- [14] Encinar, J.M., González, J.F., Sabio, E., Ra-ción de residuos compuestos por cumento COM (1999) 230 (19/5/1999). miro, M. Preparation and Properties of biodieselaceites y grasas usadas. [5] Mittelbach, M. Five Key Success Factors for from Cynara cardunculus L. Oil, Ind. Eng. Chem. the Modern Multi-Feedstock-Biodiesel Produc- Res. 38, 2927-31.(1999). • Industria química: Transesteri- tion Plant. Proocedings of the 1st World Conferen-ficación. [15] Mittelbach, M. The high flexibility of samall ce and Exhibition on Biomass for Energy and In- sacale biodiesel plantas in production of methyl • Compañías petroleras: Mezcla dustry, Sevilla, 2000 (En publicación). esters. Proocedings: 2nd European Motor Biofuelscon gasóleo y distribución del bio- [6] Claude, S., Heming, M., Hill, K., 2000. Co- Forum, Graz, Austria, 1996. Ed. Joanneum Rese- mercialisation of Glycerol. CTVO-NET Final arch, Graz, Austria, (1996).diesel. Conference Proocedings (Chemical-Technical • Cooperativas agrícolas: Uso [16] European Comision, 1996. Employment in Utilisation of Vegetable Oils), Bonn, Germany, Europe-1996. Office for Official Publications ofde biodiesel en tractores y maqui- 2000:129-146. the European Communities. ISBN 92-827-8765-naria agrícola. [7] Vicente, G., Martínez, M. y Aracil, J. Esteres 6. Metílicos de Girasol: Alternativa al combustible • Administraciones locales y au- Diesel Mineral, INGENIERÍA QUÍMICA, [17] RICE. Potencial for Biodiesel Production ba-tonómicas: Flotas de autobuses, ta- sed on Waste Cooking Oil, Proceedings: Euro- 355(3):153-159. (1999). pean Motor Biofuels Forum, Bruselas, 1999, Ed.xis, calefacciones etc. [8] Vicente, G., Martínez, M. y Aracil, J. Esteres Me- Europoint (1999). tílicos como Combustibles. Materias Primas y Pro- [18] Fröhlich, A., Rice, B., Vicente, G. The con- piedades, Tecno-Ambiente, 85 (10), 9-12.( 1998). version of Waste Tallow into Biodiesel Grade 10. Bibliografía [9] Körbitz, W. World-wide Trends in Production Methyl Ester. Proceedings of the 1st World Con- and Marketing of Biodiesel, Altaner Seminar: ference and Exhibition on Biomass for Energy New Markets for Biodiesel Production in Modern and Industry, Sevilla, 2000 (En publicación).[1] Dirección General de Energía (Comisión Eu- Common Rail Diesel Engines, Unversity forropea), 1998. Energy in Europe. 1998 Annual [19] Krawezyk, T., 1996. Biodiesel. Alternative Technology, Graz, Austria, (2000).Energy Review, Ed. Dirección General de Ener- fuel makes inroads but hurdles remain, INFORMgía, Diciembre,(1999) 34-46. [10] Bockisch, M., Fats and Oils Handbook. Ed. 7(8):802-29. AOCS Press, Champaign, Illinois (U.S.A),[2] Comisión Europea, 1997. Energía para el Fu- (1998). marzo 01 145