Biocombustible de microalgas
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Biocombustible de microalgas Document Transcript

  • 1. Diseño de Foto-Bioreactores para el Cultivo Micro Algas OleaginosasParte 2. Bioproceso y EspecifidadesReinhardt Acuña TorresBiocombustiblesLos biocombustibles son combustibles que se producen orgánicamente y a diferencia de loscombustibles fósiles son una fuente de energía renovable. La fuente orgánica de los biocombustiblesproviene de la biomasa (materia orgánica originada en un proceso biológico) utilizable como fuentede energía; esta pude ser, especies de uso agrícola, tales como: maíz o mandioca (yuca), ricas encarbohidratos; caña de azúcar o remolacha, ricas en azucares; o plantas oleaginosas como la soja,girasol y palma aceitera, ricas en aceites.El biodiesel es un biocombustible sintético líquido fabricado, mayormente, apartir de aceites vegetales de plantas oleaginosas (soja, palma, etc.), el cual,actualmente representa una buena opción para reemplazar al dieselconvencional y combatir las problemáticas relacionadas con la contaminaciónambiental y el efecto invernadero. El biodiesel es completamentebiodegradable y no contribuye al efecto invernadero por el hecho de que, no 1- Muestra de biodiéselemite ese tipo de gases al medioambiente; y si bien produce CO2, por efecto de lacombustión; éste es rápidamente absorbido por las plantas vegetales, a diferencia del dieselconvencional. Se calcula que en 20 días, se puede lograr una eliminación completa; es decir, en 20 díasno quedarán rastros de la combustión con biodiesel.La pregunta que surge es ¿Por qué entonces el biodiesel no se utiliza a gran escala como combustible,siendo tan amigable con el ambiente? La respuesta, como siempre, en la actualidad, es basadasolamente en aspectos económicos; porque aún no se puede producir biodiesel a gran escala, al mismoprecio del diesel convencional; para abastecer una producción agran escala, se necesitarían muchas hectáreas de plantacionespara producir el aceite requerido para fabricar el biocombustible;eso sin mencionar que por ejemplo, la soja y la palma, entreotros, son considerados alimentos por lo cual, muchas personasconsideran una aberración utilizarlos para producir energía,mientras aún hay gente en el mundo que muere de hambre.En ese sentido, la producción de biocombustible a partir de 2- Productividad por hectárea de diferentesmicroalgas ofrece tanto a investigadores como a empresarios tipos de cultivos oleaginososuna serie de posibilidades promisorias: Alta productividad por hectárea, en comparación con los cultivos tradicionales
  • 2.  Estos microorganismos pueden acumular hasta un 70% de lípidos en relación a su peso seco Materia prima basada en usos “non-food” Uso de tierras no productivas o no arables Utilización de un amplio rango de tipos de agua (dulce, salobre, marina y residual) Producción de varios tipos de biocombustibles y subproductos valorizables.BioprocesoComo se observa en el esquema de cultivo y producción, el bioproceso de producción de biodiesel apartir de microalgas oleaginosas, consta de varias etapas claramente diferenciadas.1. Cultivo de Microalgas2. Crecimiento en Fotobioreactores3. Cosechado de Microalgas4. Procesado de Biomasa5. Producción de Biocombustible3- Bioproceso de producción de biodieselCultivo de MicroalgasPara efectos del bioproceso de producción de biocombustible algal, el cultivo de microalgas debesepararse en dos procesos.1. Cultivo en Estanques Abiertos Cerrados
  • 3. 2. Cultivo en Fotobioreactores Tubulares • Horizontal • Vertical Panel Plano Columna Vertical Columna de Burbujas Levantamiento por Aire Tanque Agitado Lecho Inmovilizado OtrosDe todos ellos, el fotobiorreactor tubular es el más ampliamente utilizado para el cultivo cultivomasivo de microalgas.Cultivo en EstanquesCultivo en Estanques AbiertosEl cultivo de algas en estanques abiertos puede ser categorizado en dos: 1. Aguas naturales (lagos, lagunas, estanques) y 2. Estanques artificiales o contenedores.Estanques Abiertos de Aguas NaturalesEntre las principales ventajas de los estanques abiertos están que son más fáciles de construir y operar,si se les compara con la mayoría de los sistemas cerrados. Las desventajas son la deficiente utilizaciónde la luz por las células en cultivo; las pérdidas por: evaporación, difusión de CO2 a la atmósfera; y laexigencia de grandes extensiones de tierra.Estanques Abiertos ArtificialesLos estanques o contenedores en los que lasmicroalgas se cultivan de maneraartificial o asistida son por lo general, del tipo"pista de carrera". Se denominan así porque labiomasa (las microalgas, el agua y los nutrientes)fluye por el sistema como si circulara por unapista de carreras.Ruedas de paletas motorizadas proporcionan el flujo para que las microalgas circulen y se 4- Estanque abierto del tipo "pista de carrera" mantengan suspendidas en el agua. Los
  • 4. estanques de cultivo son poco profundos ya que, deben permitir que las microalgas se mantenganexpuestas a la luz solar y que ésta pueda penetrar el agua del estanque y alcanzar a todas las células encultivo, a una profundidad limitada. Los estanques artificiales son operados de manera continua por loque, el CO2 y los nutrientes son constantemente alimentados a los estanques; mientras que, lasmicroalgas que contienen agua son eliminas por el otro extremo; para mantener el principio de flujosiguales en el estado estacionario.Cultivo en Estanques CerradosUna alternativa a los estanques de cultivo abiertos son los estanques cerrados; eso es, cubrir el estanqueo la piscina con efecto invernadero, para el control sobre el medio ambiente sea mucho mejor (que conlos estanques abiertos). Los sistemas de estanque cerrado cuestan más que las lagunas abiertas, peromucho menos los fotobioreactores para las áreas similares de operación. Permiten cultivar más especieso que, la especie que se cultiva permanezca dominante; extiende la temporada de crecimiento y si haycalefacción, se puede producir durante todo el año. En los sistemas cerrados es posible aumentar lacantidad y la concentración de dióxido de carbono lo que, aumenta la tasa de crecimiento delas microalgas.Crecimiento en FotobioreactoresUn fotobioreactor es un sistema cerrado de cultivo biológico que incorpora algún tipo de fuente de luzy control de su ambiente interno. En ese sentido, un estanque cerrado, tal como, laguna cubierta conefecto invernadero, podría ser considerada como una forma poco sofisticada de foto bioreactor; por loque, el control preciso del ambiente interno, establece la diferencia.Los principales factores que se deben controlar son los que determinan la tasa de crecimiento de lasmicroalgas. Especie Cultivada - los diferentes tipos de microalgas (especies) tienen diferentes tasas de crecimiento. Luz - indispensable para el proceso de la fotosíntesis. Fotoperíodo – son los ciclos de luz y de oscuridad, indispensables para el metabolismo celular. Temperatura - hay un rango de temperatura y una temperatura optima que requiere el cultivo para crecer. Medio / Nutrientes – el medio de cultivo debe tener una composición específica que maximice el crecimiento de los microorganismos al menor costo. El Agua - existen especies de microalgas de agua dulce y de agua salobre; por lo que, la salinidad de agua es una consideración importante. pH - las microalgas tienen un rango de acidez cuyo pH varía entre 7 y 9; así como un pH óptimo para tener una tasa de crecimiento óptima, según sea la especie cultivada.
  • 5.  Aireación - las microalgas tienen necesidad de estar en contacto con el aire para eliminar sus emisiones de CO2. No obstante un exceso de aireación puede ocasionar una disminución del crecimiento por inhibición por O2. Inyección de CO2 – las microalgas metabolizan el CO2 disuelto en el agua para producir azucares vía fotosíntesis. Mezclado – el mezclado impide la sedimentación de las microalgas y asegura que de todas las células en el cultivo estén igualmente expuestas a la luz.El conjunto generalizado de las condiciones para el cultivo de microalgas es el siguienteParámetro Rango OptimoTemperatura (°C) 16-27 18-24La salinidad (g/l) 12-40 20-24 1,000-10,000Intensidad de la luz (lux) (Depende del volumen y densidad) 2,500-5,000 16:08 (mínimo)Fotoperiodo (luz: oscuridad, horas) 24:0 (máximo)pH 7-9 8.2-8.7Fuente: http://www.fao.org/docrep/003/w3732e/w3732e06.htmCaracterísticas Principales de los Fotobioreactores Para el Cultivo de Microalgas Para alcanzar una alta productividad de biomasa, El volumen de las partes no iluminadas del fotobioreactor debe ser minimizado. Para lograr una alta eficiencia en el uso de la luz para el cultivo de las microalgas, El fotobioreactor debe contar con una iluminación uniforme para toda la superficie de cultivo. Para alcanzar tasas de transferencia de masa de CO2 y O2 rápidas, El fotobioreactor debe tener un sistema de mezclado eficiente. Deben alcanzarse tasas altas de transferencia de masa pero sin, Dañar el cultivo de celular, ni reprimir su crecimiento. Para evitar el decaimiento de la luz que se transmite a la superficie del fotobioreactor, El fotobioreactor debe tener un sistema interno de limpieza y esterilización; o bien, Deben ser frecuentemente cerrado para su limpieza mecánica y esterilización.Componentes de Sistema y Subsistemas de los Fotobioreactores Para el Cultivo de MicroalgasUn fotobioreactor para el cultivo de microalgas es un sistema complejos compuesto por sistemasprincipales y sus respectivos subsistemas.Los sistemas principales son:
  • 6.  Sistema de iluminación Sistema de transmisión óptico Sistema de tratamiento de aire estéril Sistemas de intercambio de gases Sistema de mezclado Sistema de Nutrientes Sistema eléctrico Instrumentación del sistemaLos principales sub-componentes del sistema anterior son: Sensor de oxígeno disuelto Sensores de CO2 disuelto Sensor de temperatura Sensor de pH Sensor de luz 5- Esquema de una sección de un fotobioreactor tubular Sensor de conductividad Bomba de recirculación Bomba de Cosecha Válvula de inyección de CO2 Bomba de Sustrato Válvula de recirculación de filtrado Válvula de entrada de agua Válvula de purga de agua Conectores y mangueras Sistema de liberación de oxígeno Sistema de alimentación del tanque 6- Esquema de un fotobioreactor PLC tubular instrumentado Panel de controlPara garantizar una operación óptima, tanto sistemas como subsistemas deben interactuar; porejemplo, el sistema de transmisión óptica y el sistema de intercambio de gases interactúan a través de lamezcla que se produce en la zona de reacción.Cosechado de las MicroalgasEl término recolección de algas se refiere a la concentración de la suspensión celular de microalgashasta lograr una “pasta gruesa” conocida como pasta de algas.
  • 7. La separación de las microalgas de su medio de cultivo es conocido como la cosecha. Los métodos de cosecha dependen principalmente del tipo de algas. El alto contenido de agua de la biomasa debe ser removido para permitir la recolección. Para la recolección de microalgas a partir de algas de cultivo en estanques o fotobioreactores se deben emplear varias técnicas para concentrar las microalgas seguido de la cosecha. El bioproceso de la cosecha consta de varios procesos en operaciones unitarias  Filtración  Centrifugación  Flotación  Floculación Estas operaciones unitarias deben ser eficientes en energía y relativamente baratas para que el bioproceso sea rentable; por eso la selección de cepas es un aspecto importante. Normalmente, la cosecha de microalgas es un bioproceso de un paso; pero cuando el contenido de agua en la biomasa (peso húmedo) es muy alto, el bioproceso de cosecha se realiza dos pasos: recolección y desecación.8- Proceso de secado de la pasta de microalgas:segundo paso. 7- Bioproceso de extracción de aceite de microalgas en un solo paso. Se aprecia en el “globo” que se utiliza un método poco frecuente de separación, la electroforesis. Filtración de Microalgas La filtración es un proceso de separación de sólidos en suspensión en un líquido a través de un medio poroso que retiene los sólidos, pero permite el paso del líquido. El proceso de ultrafiltración tangencial cerámica (UFTC) se aplica en procesos en donde la alimentación contiene un alto nivel de carga; es decir, es un influente con alto contenido de sólidos en suspensión (SS). Un equipo de UFTC se compone de dos depósitos de acumulación, un sistema de bombeo de presión y los filtros cerámicos; también debe existir un sistema hidráulico 9- Esquema del mecanismo de separación por secundario que se encarga de limpiar las membranas a filtración tangencial, un método de filtración contracorriente, para mantener el rendimiento del sistema. en el que un medio filtrante es una membrana polimérica que permite dividir una corriente de fluido y sólidos (feed), en una de fluido limpio (permeate) y otra de mezcla concentrada (retentate).
  • 8. Arriba, un sistema UFTC consta de las siguientes etapas.  RETENIDO: tanque donde se admite la alimentación (biomasa o cultivo celar) y mediante una sonda de nivel, se va aportando el fluido, en la medida que, el circuito de control así lo determina.  BOMBA: realiza la recirculación del caldo de cultivo (biomasa) a la velocidad tangencial requerida por el fabricante de las membranas.  FILTRO UFTC: realiza la separación de flujos. El concentrado hacia el retenido y el diluido hacia el filtrado.  FILTRADO: depósito del flujo filtrado que contiene la solución diluida de la biomasa. Abajo una ilustración que representa un filtro de membranas cerámicas El flujo de entrada se hace de forma axial con lo cual, las partículas inciden de forma tangencial en la membrana; eso provoca la separación de las partículas10- Arriba: esquema de un sistema UFTC. Abajo: líquidas (azules) de las sólidas (rojas); enesquema de un filtro de membrana cerámica consecuencia, se separa el caudal de entrada (flujo concentrado) del caudal de salida (flujo diluido) endos corrientes; la de concentrado que vuelve al retenido y la filtrado que va al filtrado.Coagulación y FloculaciónLa floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadasfloculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta formasu decantación y posterior filtrado.El proceso de floculación es precedido por elde coagulación; por eso, se suelen asociarambos procesos como uno solo proceso decoagulación-floculación. Los procesos decoagulación-floculación facilitan el retiro desólidos en suspensión y de las partículascoloidales. 11- Izquierda: Coagulación. Derecha: Floculación La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.
  • 9.  La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.Los factores que afectan los procesos de coagulación-floculación son: El gradiente de la velocidad: da más tiempo para que las partículas desciendan por efecto de la gravedad y así se acumulen en el fondo. El tiempo: aumenta la probabilidad de que las partículas se unan. El pH: es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes.La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión permite conseguiraguas decantadas más limpias y la formación de lodos más espesos. La solución floculante másadaptada se determina por pruebas; ya sea, en laboratorio o en el campo. Tratándose del cultivo demicroalgas, la floculación hace que las células se agregan en grupos más grandes, llamados flóculos,que son más fáciles de filtrar y o resolver con mayor rapidez.La floculación iónica es un proceso por el cual semodifican las moléculas disueltas en un fluido, porla acción floculadores iónicos. Éstos son elementos demateriales compuestos por tubos de aceroinoxidable, plata o cobre que, conectados en suextremo a polos de corriente directa (positiva onegativa), que, sumergidos en el fluido producenun campo de baja intensidad de actividad iónicaconstante, que incrementa la energía de loselectrones de enlace; ocasionado la coagulación.La floculación iónica es un proceso que fácilmentepuede ser adaptado al cultivo de microalgas. 12- Depósitos de floculación iónicaCentrifugaciónLa centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferentedensidad mediante una fuerza rotativa, la cual imprime a la mezcla con una fuerza mayor que la dela gravedad, provocando la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad. Lacentrifugación puede utilizarse como método de separación de las microalgas de su medio de cultivo;para eso debe utilizarse una centrifugadora para lograr que las microalgas se depositen en el fondo deldepósito. Existen 2 grandes tipos de centrífugas:1) Centrífugas De Sedimentación:Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical.
  • 10. Por fuerza centrífuga, una capa anular de líquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa deque esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del líquido seencuentra esencialmente paralela al eje de rotación, independientemente de la orientación de la unidad.Las fases densas "se hunden" hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia dentro. Laspartículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente. 13- Decantación centrífuga con bol imperforado: La fuerza centrífuga acelera el proceso de la sedimentación por gravedad. Hay una mezcla de fases con densidades diferentes que se permiten sedimentar en el bol. En una decantadora centrífuga, los sólidos más pesados pasan por el líquido y acumulan sobre el pared del bol. Si hay dos líquidos inmiscibles, el líquido más ligero migra hacía el eje de rotación del bol.2) Centrífugas De Filtro:Estas operan como el tambor de rotación de una lavadora doméstica. La pared de la canasta estáperforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el líquido pasa a través dela pared impelido por la fuerza centrífuga dejando una torta de sólidos sobre el medio filtrante. Larapidez de filtración se incrementa con esta fuerza y con la permeabilidad de la torta sólida. Algunossólidos compresibles no se filtran bien en una centrífuga a causa de la deformación que sufren laspartículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducidaconsiderablemente. La cantidad de líquido que se adhiere a los sólidos después que éstos se hancentrifugado depende también de la fuerza centrífuga aplicada; en general, el líquido retenido esconsiderablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros. 14- Filtración centrífuga con canasta perforada: La fuerza centrífuga genera una presión que empuja el líquido a través de la torta de sólidos, la guarnición filtrante, la rejilla, y las perforaciones de la canasta. La guarnición filtrante captura las partículas de sólidos dentro de la canasta giratoria.
  • 11. 15- Una centrífuga es un dispositivo útil para la extracción de biolípidos de micro algas y para la separaciónquímica de biodiésel; junto con un homogeneizador es capaz de separar los biolípidos y otros materialesútiles de la solución de cultivo de microalgas. El Proceso de Extracción de Aceite de las Microalgas El proceso de extracción de aceite (biolípidos) a partir de microalgas oleaginosas es el punto espinoso para determinar la viabilidad del biodiesel a base de algas como un bioproceso productivo y rentable; eso por cuanto es la parte más costosa del proceso. Pero en términos de concepto, es bastante simple. El bioproceso de la extracción puede realizarse por dos métodos: 1. Métodos mecánicos Los métodos mecánicos pueden ser:  Prensa mecánica  Extracción asistida por ultrasonido 2. Métodos químicos Los métodos químicos pueden ser:  Extracción por solvente (hexano)  Método Soxhlet (extracción por arrastre con vapor)  Extracción por fluido supercrítico (CO2) Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes:  La prensa mecánica requiere secar las micro algas y utiliza energía intensiva; pero el aceite obtenido es limpio y “virgen”.  El uso de solventes químicos presenta cuestiones de salud y seguridad humana y animal; pero para el uso como biodiésel, esos cuestionamientos no son válidos.
  • 12.  La extracción supercrítica requiere de equipos de alta presión que son cotosos y también consume mucha energía; pero puede aplicarse en con gran facilidad de extracción en sistemas cerrados o continuos.Métodos MecánicosPrensa Mecánica 16 - Esquema prensa mecánica del tipo tornillo sin finEl método mecánico de extracción más simple es el prensado; también es conocido como “expresión”.En el bioproceso de expresión la biomasa es sometida a una presión diferencial que ocasiona laruptura de las células y libera el material que estas contienen. La operación de prensado puede ser“artesanal” en operaciones por tandas “batch”, o en una operación continua, con equipos de prensadodel tipo: Tornillo sin fin de:• Alta presión• Baja presión, Extractor expulsor, Extractor centrífugo, Extractor decantador y Rodillos de prensa.Extracción con Ayuda deUltrasonidosModernamente la extracción esasistida con métodosultrasónicos, el ultrasonido es una rama de sonoquímica puede acelerarenormemente los procesos de extracción. Las ondas ultrasónicas se utilizan para crear burbujas decavitación en el medio de cultivo; cuando estas burbujas colapsan (estallan) cerca de las paredescelulares, se crean ondas de choque y chorros de líquido que hacen que las paredes de las células serompan y liberen su contenido en el medio de cultivo.Métodos QuímicosExtracción con Solvente (hexano)El aceite de las microalgas puede ser extraído por medio de productos químicos como solventes,tradicionalmente se utilizan benceno y el éter pero, para microalgas, el hexano ha probado ser unproducto químico popular y es relativamente barato. El hexano como disolvente de extracción se puedeutilizar.
  • 13.  De forma aislada o Junto con la prensa de expresión de aceite.De forma aislada:La biomasa previamente debe de ser molida, macerada o picada, para crear una mayor área de contactoentre el sólido y el solvente. El proceso debe procurar el material orgánico esté en contacto con elsolvente (hexano) y en movimiento continuo (agitación) para lograr mayor eficiencia en la operación.La operación se realiza preferiblemente a temperatura y presión ambiente, debido a la volatilidad einflamabilidad del hexano. La operación se realiza por lotes o tandas. El aceite y el hexano se separanpor medio de la destilación y puede ser reutilizado.Junto con la prensa de expresión de aceite:Primero se realiza la extracción del aceite por expresión en prensa; la pastarestante se mezcla con ciclo-hexano para extraer el contenido de aceiterestante. El aceite se disuelve en el ciclohexano y la pulpa se filtra fuera dela solución. El aceite y el ciclohexano se separan por medio de ladestilación. Con la combinación de los dos métodos (prensado en frío ysolvente hexano) se puede extraer más del 95% del total de aceite presente enlas micro algas.Extracción SoxhletEl método Soxhlet de extracción utiliza una combinación de destilaciónfraccionada con solventes químicos. El aceite de las microalgas se extraedestilando con reflujo a través de varias etapas, con un disolvente orgánicocomo hexano o éter de petróleo. 17- Esquema de aparato deExtracción por Arrastre con Vapor Extracción Soxhlet industrialLa destilación por arrastre de vapor de agua se basa en la vaporización selectiva del componentevolátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". La vaporización se logra por medio de lainyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla; por eso se le denomina "vapor dearrastre"; pero en realidad, su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino, más bien, la decondensar el vapor en un contenedor, formando otra fase inmiscible que, cederá su calor latente a lamezcla a destilar, para lograr su evaporación. Es decir, se tendrán dos fases insolubles a lo largo de ladestilación (orgánica y acuosa); por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuvierapresente; eso es, cada líquido ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquidopuro a una temperatura de referencia. La presión total del sistema será la suma de las presiones devapor de los componentes de la mezcla orgánica y del agua. La condición más importante para que estetipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza seaninsolubles en agua ya que el producto destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual
  • 14. permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. En el caso de las microalgas, el arrastre porvapor de agua busca la vaporación selectiva del aceite esencial (componente volátil) de una mezclaformada por la pasta de biomasa de microalgas y agua.18- Esquema de una planta industrial de extracción por arrastre con vapor de agua.Extracción con Fluido Supercrítico (CO2)Un fluido supercrítico (FSC) es cualquier sustancia que se encuentre en condicionesde presión y temperatura superiores a su punto crítico. Los fluidos supercríticos tienen propiedadesque los hacen “híbridos” entre un líquido y un gas; se pueden difundir como un gas y disolver líquido.La Tabla 1 muestra las propiedades de algunos FSC comúnmente usados. Peso Tº Presión Densidad molecular crítica crítica crítica Solvente g/mol K MPa (atm) g/cm3 Dióxido de carbono (CO2) 44,01 304,1 7,38 (72,8) 0,469 Agua (H2O) 18,02 647,3 22,12 (218,3) 0,348
  • 15. Metano (CH4) 16,04 190,4 4,60 (45,4) 0,162 Etano (C2H6) 30,07 305,3 4,87 (48,1) 0,203 Propano (C3H8) 44,09 369,8 4,25 (41,9) 0,217 Etileno (C2H4) 28,05 282,4 5,04 (49,7) 0,215 Propileno (C3H6) 42,08 364,9 4,60 (45,4) 0,232 Metanol (CH3OH) 32,04 512,6 8,09 (79,8) 0,272 Etanol (C2H5OH) 46,07 513,9 6,14 (60,6) 0,276 Acetona (C3H6O) 58,08 508,1 4,70 (46,4) 0,278 La Tabla 2 muestra densidad, difusividad y viscosidad de líquidos típicos, gases y fluidos supercríticos. Tabla2. Comparación de Gases, Fluidos Supercríticos y Líquidos1 Densidad (kg/ Viscosidad Difusividad (mm²/ m3) (µPa∙s) s) Gases 1 10 1-10 Fluidos 100-1000 50-100 0,01-0,1 Supercríticos Líquidos 1000 500-1000 0,001 Por su19- Diagrama de fases. En la parte superior derecha se facilidad yve el fluido supercrítico. disposición, la sustancia más empleada es el CO2 que en condiciones supercríticas presenta baja 20- Esquema de proceso industrial de extracción por CO2 supercrítico.
  • 16. viscosidad, baja tensión superficial, alto coeficiente de difusión (10 veces más que un líquido normal) loque conlleva a un alto contacto con la superficie del material y permite penetrar en pequeños poros yrendijas, lo que asegura una buena eficiencia en la extracción en el corto tiempo. Al final del proceso seremueve el total del solvente (CO2), si se realiza a una temperatura baja, se disminuye la pérdida desustancias volátiles y se evita la formación de sabores y olores extraños “a cocido”.Biodiesel de algasEl biodiesel se refiere a cualquier biocombustible equivalente al diesel hecho a partir de materialesbiológicos renovables tales como: aceites vegetales o grasas animales. El biocombustible consiste enlarga cadena de hidrocarburos saturados; puede ser utilizado en su estado puro (B100) o mezclado condiesel de petróleo en cualquier concentración. Tradicionalmente, el biodiesel se fabrica a partir decultivos de plantas oleaginosas como el maíz, la soja o la palma aceitera; sin embargo, el biodieselhecho a partir de eso cultivos, presenta problemas socioeconómicos como el desplazamiento de losalimentos destinados al consumo humano y la cantidad de cultivos que se necesita para producir ungalón de aceite. Es esa una de las razones por las que las algas son hoy día reconsideradas como materiaprima para aceite. Además de que su rendimiento es muy superior al de cualquier otro cultivotradicional (DOE: Departamento de Energía, Gobierno de EE.UU. ha informado de que las microalgastienen un rendimiento 30 veces superior en energía por hectárea que los cultivos de tierra como la soja oe maíz; algunos estiman incluso rendimientos mayores a 15.000 galones por acre). Veamás: http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/large_scale/large_scale.html 21- Esquema del proceso de producción de biodiesel a partir de micro algas. Una vez que las algas se cultivan y cosechan, hay diferentes maneras de extraer el aceite; sea cual sea, el método utilizado para la extracción del aceite, el productoresultante es un aceite vegetal llamado "crudo verde", similar al petróleo crudo, el cual se transformaen biodiesel a través de un proceso de transesterificación.
  • 17. TransesterificaciónEl proceso de conversión aceites vegetales en combustible biodiesel se denomina transesterificacióny es, afortunadamente, mucho menos complejo de lo que parece. El término transesterificación serefiere a una reacción química entre un éster de un alcohol y un segundo alcohol para formar unsegundo éster de alcohol y un alcohol del éster original; por ejemplo, acetato de metilo y alcohol etílicopara formar acetato de etilo y alcohol metílico.En el caso de los aceites esenciales de lasmicroalgas, la transesterificaciónsignifica tomar una molécula detriglicéridos o ácidos grasoscomplejos (aceite esencial), neutralizandolos ácidos grasos libres (producto de la reacción) yeliminando la glicerina (subproducto de la reacción)y la creación de un éster de alcohol. Eso se logra mezclando metanol con hidróxido desodio para formar metóxido de sodio; éste se mezcla con el aceite vegetal; sepermite que la mezcla 22- Transesterificación del aceite esencial de microalgas en biodiesel.reaccione; luego la mezcla sesepara por decantación; el producto se queda arriba (fase orgánica) y la glicerina en la parte inferior(fase acuosa); los ésteres de metilo se recogen como biodiesel y la glicerina se puede utilizar para hacerjabón o cualquiera de otros 1600 productos que tienen su base en este compuesto. Posteriormente, losésteres metílicos se lavan y se filtran para su utilización como producto terminado (B100).Características del biodiesel de microalgas: Prácticamente no contiene azufre, Tiene propiedades lubricantes superiores, Tiene propiedades disolventes más agresivas que diesel de petróleo El biodiesel de microalgas tiene entre 5% y 8% menos densidad de energía que el diesel de petróleo de pero, su eficiencia de combustión es más alta El biodiesel de microalgas tiene una mejor lubricación, Compensando, la disminución total de su eficiencia de combustible es de tan sólo 2%, El punto de nube (temperatura a la cual el biodiesel puro (B100) se gelifica) es de unos 0°C, El punto de inflamación (menor temperatura a la que se puede evaporar para formar una mezcla inflamable en el aire) del biodiesel de microalgas es de 130°C, significativamente mayor que la del diesel de petróleo que es de 64°C,Ventajas del Biodiesel Producido A Partir de Microalgas: Rendimientos más altos
  • 18.  El biodiesel de microalgas reduce las emisiones de partículas alrededor de un 47% en comparación con el diesel de petróleo, El biodiésel microalgas tiene menos peligrosas partículas en suspensión, El biodiésel microalgas reduce la fracción de carbono sólido en el aire, El biodiésel microalgas aumenta la cantidad de oxígeno en el aire, producto del proceso de fotosíntesis, El biodiésel microalgas disminuye la cantidad de dióxido de carbono en el aire, producto del proceso de fotosíntesis.