foto: Jatropha
Biocombustibles, investigación e innovación
I – PARTE TEÓRICA
1. Introducción
Conociendo la necesidad mundial de producción de fuentes adicionales energía, surgió el interés en la investigación sobre biocombustibles, por ser estos renovables.
Participando del proyecto “Jornada de Valorización de la Ingeniería en la Enseñanza Media”, conocimos la tecnología de producción de biodiésel utilizando aceite de soja. Nos interesamos por la facilidad de obtener biodiésel, un proceso conocido en todo el mundo desde los comienzos del siglo pasado, que puede realizarse en laboratorios con limitados recursos técnicos.
El biodiesel puede ser producido en la actualidad de distintos tipos de materias primas, entre ellas están algunas desechados por las industrias, fábricas y molinos y las provenientes de plantaciones.
La reutilización de los materiales es importante porque reduce el impacto ambiental y los residuos, mientras que proporciona puestos de trabajo y fuente de ingresos complementarios a los carenciados de la metrópoli.
Al participar proyecto JOVEM, nos dimos cuenta de que el uso de aceite de soja para la producción de biodiésel no es viable debido a su importancia para la generación de diversos productos alimenticios. Como las oleaginosas corresponden la mayor parte de la materia prima para la obtención de biodiésel, este trabajo consiste en la presentación de la jatrofa como materia prima viable y complementaria para la producción de biodiésel en la región del Mercosur.
2. Objetivos
El objetivo principal de esta investigación es presentar la importancia de utilizar biodiésel como una fuente complementaria de energía a partir de un oleaginosa con bajo costo de cultivo, no alimenticia y de buena adaptación geográfica en los países miembros del Mercosur.
3. Razones para la elección
La jatrofa (Jatropha Curcas) es un arbusto de crecimiento rápido, que en condiciones naturales puede llegar a alcanzar los cuatro metros de altura, generar su primera cosecha a los ciento veinte días de la siembra y, en condiciones adecuadas, una cosecha cada seis meses, durante unos cincuenta años.
Su fruto es una cápsula con tres semillas, en la cuál se encuentran las almendras ricas en aceite. Esta cultura se produce de forma espontánea en áreas con suelos poco fértiles y clima desfavorable para la mayoría de los demás culturas, lo que facilita el cultivo en pequeñas propiedades rurales, siendo considerada una de las más promisorias oleaginosas para el Mercosur. Es una especie con alta resistencia a la sequía y produce en promedio de dos a cinco toneladas de biodiesel por hectárea. Es fácil de cultivar, resistentes a largos períodos de sequía, en suelos poco aprovechables y en zonas no viables para el manejo con máquinas. Puede ser desarrollada con mano de obra familiar, siendo así una fuente de ingresos para las propiedades rurales necesitadas. Puede ser utilizada para la conservación del suelo, ya que evita la erosión y la pérdida de agua por evaporación, y es un fertilizante natural. Al extraer el aceite, el bagazo que sobra se puede utilizar como abono orgánico y fertilizantes, la corteza en la fabricación de papel o carbón vegetal, para producir energía. Las semillas no son comestibles, ni son llevadas por aves o animales, debido a que son altamente tóxicas, por lo que no perjudican a otros cultivos o áreas. Curiosamente, sus hojas y tallos expelen un líquido tóxico que la deja inmune de plagas e insectos conocidos. Tolera el riego con agua salobre, evita la desertización y el biodiésel de su aceite no contiene azufre.
4. Importancia del tema para el Mercosur
La producción de energía renovable es muy importante para cualquier estado, sin embargo, esta no es la única ventaja del biodiesel. Además de mostrar un sentido de preocupación por el medio ambiente, su producción podría impulsar la economía y desarrollar la industria en los países productores. Con nuevas ramas de industrialización, tendríamos nuevos puestos de trabajo, muchos de ellos cerca de donde encontramos la mano de obra, el campo, creando mejores oportunidades a la población más necesitada. Los países productores obtendrían una mayor fuerza política en el extranjero, porque sería menos dependiente de la variación de los precios y las importaciones de petróleo, dejándolos menos vulnerables a posibles crisis internacionales, además de mejorar su balanza comercial.
II – PARTE PRÁCTICA
Producimos el biodiésel basándonos en el proceso de transesterificación, mundialmente conocido desde el inicio del siglo pasado. Es un proceso simple, en el cual ocurre la reacción química entre un ester y un alcohol de la cual resulta un nuevo ester y otro alcohol.
R, R’ y R” son radicales orgánicos
Por medio de esta reacción, podemos separar el alcohol formado (glicerol) del aceite vegetal (biodiésel). Como, en el fin del proceso, se encuentran dos fases, la glicerina es removida por decantación.
Ya habíamos observado que es muy difícil la obtención del aceite de Jatrophas Curcas. El primer aceite que conseguimos era bruto; más tarde descubrimos que no podría ser utilizado, porque ocurre la saponificación del aceite (no se forman dos fases).
EXPERIMENTO 1 – Aceite de Jatrophas curcas bruto
Materiales utilizados:
100 ml de aceite de Jatrophas Curcas.
Una probeta (de 113,69 g).
Un globo de tres bocas.
Un agitador Fisatom 70~130W mod.713D.
Una manta térmica Fisatom 200W mod.52.
Un condensador.
Un termómetro.
30 ml de una solución de etanol con etóxido de sodio como catalizador.
Se pone 100 ml de aceite de Jatrophas Curcas, de masa igual la 91,13 g, en el globo de tres bocas que es calentado por la manta témica. Las tres bocas del globo están cerradas por el el termómetro, el agitador y el condensador, que es usado para que no haya pérdida de vapores del aceite.
La manta térmica precalentará el aceite hasta la temperatura de 50ºC para evitar la saponificación y para que la reacción de transesterificación se realice más fácil.
Ya con el aceite a 50ºC, se añaden 30 ml de una solución de etanol con etóxido de Sodio como catalizador. Inicialmente se enciende el agitador a 80 rpm; el agitador es usado para homogeneizar la mezcla. Se espera que la mezcla se mantenga a 50ºC nuevamente para que la viscosidad del aceite disminuya más y así el agitador aumente su velocidad.
Cuando la mezcla alcanza y se mantiene a 50ºC, la velocidad del agitador es aumentada a 300 rpm. Luego de una hora tras el inicio de la reacción, el agitador es desenchufado y la mezcla es puesta en un embudo de decantación para que ocurra la separación de fases.
A causa de la lenta decantación, se añadió 25 g de glicerina para acelerar el proceso. Pero durante la decantación, el experimento no pudo ser continuado porque se produjo una saponificación como consecuencia de que el aceite de Jatrophas Curcas no estaba refinado, dejándolo con alto índice de acidez.
I – PARTE TEÓRICA
1. Introducción
Conociendo la necesidad mundial de producción de fuentes adicionales energía, surgió el interés en la investigación sobre biocombustibles, por ser estos renovables.
Participando del proyecto “Jornada de Valorización de la Ingeniería en la Enseñanza Media”, conocimos la tecnología de producción de biodiésel utilizando aceite de soja. Nos interesamos por la facilidad de obtener biodiésel, un proceso conocido en todo el mundo desde los comienzos del siglo pasado, que puede realizarse en laboratorios con limitados recursos técnicos.
El biodiesel puede ser producido en la actualidad de distintos tipos de materias primas, entre ellas están algunas desechados por las industrias, fábricas y molinos y las provenientes de plantaciones.
La reutilización de los materiales es importante porque reduce el impacto ambiental y los residuos, mientras que proporciona puestos de trabajo y fuente de ingresos complementarios a los carenciados de la metrópoli.
Al participar proyecto JOVEM, nos dimos cuenta de que el uso de aceite de soja para la producción de biodiésel no es viable debido a su importancia para la generación de diversos productos alimenticios. Como las oleaginosas corresponden la mayor parte de la materia prima para la obtención de biodiésel, este trabajo consiste en la presentación de la jatrofa como materia prima viable y complementaria para la producción de biodiésel en la región del Mercosur.
2. Objetivos
El objetivo principal de esta investigación es presentar la importancia de utilizar biodiésel como una fuente complementaria de energía a partir de un oleaginosa con bajo costo de cultivo, no alimenticia y de buena adaptación geográfica en los países miembros del Mercosur.
3. Razones para la elección
La jatrofa (Jatropha Curcas) es un arbusto de crecimiento rápido, que en condiciones naturales puede llegar a alcanzar los cuatro metros de altura, generar su primera cosecha a los ciento veinte días de la siembra y, en condiciones adecuadas, una cosecha cada seis meses, durante unos cincuenta años.
Su fruto es una cápsula con tres semillas, en la cuál se encuentran las almendras ricas en aceite. Esta cultura se produce de forma espontánea en áreas con suelos poco fértiles y clima desfavorable para la mayoría de los demás culturas, lo que facilita el cultivo en pequeñas propiedades rurales, siendo considerada una de las más promisorias oleaginosas para el Mercosur. Es una especie con alta resistencia a la sequía y produce en promedio de dos a cinco toneladas de biodiesel por hectárea. Es fácil de cultivar, resistentes a largos períodos de sequía, en suelos poco aprovechables y en zonas no viables para el manejo con máquinas. Puede ser desarrollada con mano de obra familiar, siendo así una fuente de ingresos para las propiedades rurales necesitadas. Puede ser utilizada para la conservación del suelo, ya que evita la erosión y la pérdida de agua por evaporación, y es un fertilizante natural. Al extraer el aceite, el bagazo que sobra se puede utilizar como abono orgánico y fertilizantes, la corteza en la fabricación de papel o carbón vegetal, para producir energía. Las semillas no son comestibles, ni son llevadas por aves o animales, debido a que son altamente tóxicas, por lo que no perjudican a otros cultivos o áreas. Curiosamente, sus hojas y tallos expelen un líquido tóxico que la deja inmune de plagas e insectos conocidos. Tolera el riego con agua salobre, evita la desertización y el biodiésel de su aceite no contiene azufre.
4. Importancia del tema para el Mercosur
La producción de energía renovable es muy importante para cualquier estado, sin embargo, esta no es la única ventaja del biodiesel. Además de mostrar un sentido de preocupación por el medio ambiente, su producción podría impulsar la economía y desarrollar la industria en los países productores. Con nuevas ramas de industrialización, tendríamos nuevos puestos de trabajo, muchos de ellos cerca de donde encontramos la mano de obra, el campo, creando mejores oportunidades a la población más necesitada. Los países productores obtendrían una mayor fuerza política en el extranjero, porque sería menos dependiente de la variación de los precios y las importaciones de petróleo, dejándolos menos vulnerables a posibles crisis internacionales, además de mejorar su balanza comercial.
II – PARTE PRÁCTICA
Producimos el biodiésel basándonos en el proceso de transesterificación, mundialmente conocido desde el inicio del siglo pasado. Es un proceso simple, en el cual ocurre la reacción química entre un ester y un alcohol de la cual resulta un nuevo ester y otro alcohol.
R, R’ y R” son radicales orgánicos
Por medio de esta reacción, podemos separar el alcohol formado (glicerol) del aceite vegetal (biodiésel). Como, en el fin del proceso, se encuentran dos fases, la glicerina es removida por decantación.
Ya habíamos observado que es muy difícil la obtención del aceite de Jatrophas Curcas. El primer aceite que conseguimos era bruto; más tarde descubrimos que no podría ser utilizado, porque ocurre la saponificación del aceite (no se forman dos fases).
EXPERIMENTO 1 – Aceite de Jatrophas curcas bruto
Materiales utilizados:
100 ml de aceite de Jatrophas Curcas.
Una probeta (de 113,69 g).
Un globo de tres bocas.
Un agitador Fisatom 70~130W mod.713D.
Una manta térmica Fisatom 200W mod.52.
Un condensador.
Un termómetro.
30 ml de una solución de etanol con etóxido de sodio como catalizador.
Se pone 100 ml de aceite de Jatrophas Curcas, de masa igual la 91,13 g, en el globo de tres bocas que es calentado por la manta témica. Las tres bocas del globo están cerradas por el el termómetro, el agitador y el condensador, que es usado para que no haya pérdida de vapores del aceite.
La manta térmica precalentará el aceite hasta la temperatura de 50ºC para evitar la saponificación y para que la reacción de transesterificación se realice más fácil.
Ya con el aceite a 50ºC, se añaden 30 ml de una solución de etanol con etóxido de Sodio como catalizador. Inicialmente se enciende el agitador a 80 rpm; el agitador es usado para homogeneizar la mezcla. Se espera que la mezcla se mantenga a 50ºC nuevamente para que la viscosidad del aceite disminuya más y así el agitador aumente su velocidad.
Cuando la mezcla alcanza y se mantiene a 50ºC, la velocidad del agitador es aumentada a 300 rpm. Luego de una hora tras el inicio de la reacción, el agitador es desenchufado y la mezcla es puesta en un embudo de decantación para que ocurra la separación de fases.
A causa de la lenta decantación, se añadió 25 g de glicerina para acelerar el proceso. Pero durante la decantación, el experimento no pudo ser continuado porque se produjo una saponificación como consecuencia de que el aceite de Jatrophas Curcas no estaba refinado, dejándolo con alto índice de acidez.
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