Introducción al biodiesel: El combustible, su producción, y el proyecto de innovación MEC I.E.S. PALOMERAS-VALLECAS 2012

Proyecto innovación MEC 2011-2012 ¿Qué hay en el frasco? “Biodiesel” es la denominación comercial de los “fatty acid methyl esters” (FAME), ésteres metílicos de ácidos grasos. Un biodiesel es un FAME que ha sido obtenido por transesterificación. Existen distintos tipos de biodiesel obtenidos a partir de diferentes grasas o aceites El biodiesel puede presentar varios colores y olores dependiendo de las materias primas y proceso de fabricación. 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

La transesterificación (1) Ingredientes necesarios para producir 1 L de biodiesel, según el proceso más sencillo: ACEITE + METANOL → FAME + GLICERINA 1 L de aceite vegetal 200 mL de metanol 5 gramos de sosa cáustica (NaOH) o potasa (KOH) como catalizador Se obtienen casi 1 L biodiesel y 200 mL de glicerina como subproducto 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

La transesterificación (2) La sosa se disuelve en el metanol produciéndo metóxido de sodio. El metóxido de sodio se hace reaccionar con el aceite vegetal, que es un triglicérido. La mezcla se agita al menos durante 30 minutos a una temperatura de 60ºC aproximadamente. Se deja decantar la mezcla tras la reacción hasta la completa separación de las fases. 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

La transesterificación (3) Evolución de la reacción a 60 ºC Estado inicial A los 20 min A los 40 min A los 60 min Decantación total 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Proyecto innovación MEC 2011-2012 ¿Qué ha ocurrido? La molécula de triglicérido o tri-éster se ha dividido en una molécula de glicerina y tres mono-ésteres metílicos La glicerina es el subproducto del proceso 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Proyecto innovación MEC 2011-2012 En la realidad… No todas las grasas reaccionan de forma semejante, a menudo las más baratas y fáciles de adquirir producen menores rendimientos. Las grasas que tienen un contenido alto en ácidos grasos libres (por ejemplo, aceites de freidoras) necesitan una mayor cantidad de sosa o potasa para compensar esta acidez, por lo que ese contenido en ácidos grasos debe ser determinado previamente por valoración. Otras grasas necesitan otro tipo de álcali, otro tipo de catalizador, otro tipo de alcohol u otras variables de proceso. 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

En la planta piloto del IES… 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

En una planta industrial.… Producción de un lote de biodiesel convencional: 5000 L de aceite usado de freidora prevamente tamizado, filtrado y deshidratado ~1250 L de metanol, que se añaden en dos etapas (p.e. 1040+210) ~63 kg de potasa (KOH; varía según los ácidos grasos presentes), que se añaden en dos etapas (i.e. 54+9) En la primera etapa se mezclan durante dos horas y se deja decantar otra hora y media, eliminando la glicerina producida. En la segunda etapa se mezcla otras dos horas y se deja decantar toda la noche. Toda la reacción se lleva a cabo a 60 ºC ya presión atmosférica, en un reactor de acero inoxidable. Antes del vaciado del tanque se realiza un análisis para comprobar el grado de transesterificación alcanzado. Si éste no es el adecuado, se puede realizar una tercera etapa adicional. Se obtienen aproximadamente 4500 L de FAME y aproximadamente, ~1300 L de glicerina bruta 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Después de la reacción… El FAME bruto se lava en varias etapas con ácido fosfórico y agua bajo agitación continua. La fase que contiene glicerina se destila para recuperar el metanol sobrante, y la glicerina se purifica o recicla. El FAME no se considera como “biodiesel” hasta que no es analizado y comprobado el cumplimiento de las especificaciones correspondientes… 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Especificación UE de biodiesel 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Ventajas del biodiesel • No contribuye al efecto invernadero • Menores emisiones que el diesel convencional • No produce emisiones de azufre • Puede ser obtenido a partir de aceites domésticos • Mayor poder de lubricación del motor • Menor consumo en motores diesel convencionales • Es el único combustible alternativo sin efectos nocivos para la salud • Puede coexistir con la actual infraestructura de combustibles derivados del petróleo • Puede obtenerse a partir de muy diversas materias primas, grasas, cereales, semillas, vegetales, algas… 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Y algunas desventajas… Puede afectar a la resistencia de tubos, juntas y manguitos de caucho A temperaturas bajas es menos efectivo que el diesel convencional Puede originar problemas socioeconómicos en países en vías de desarrollo 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Proyecto innovación MEC 2011-2012 Dos clases de negocio… Una: grandes productores de soja o girasol asociados a empresas petrolíferas Otra: cada vez más pequeñas empresas independientes y cooperativas están dedicadas a producir y comercializar biodiesel. 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Vehículos híbridos biodiesel 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¡Necesitamos que participes activamente! http://iespalomeras.proyectoinnovacionaplicadafp.es/ 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¿Qué vamos a hacer en el IES PV? (1) Optimizar variables de proceso y analizar materias primas, productos y subproductos de forma integral implicando a todos los ciclos = CFGS LACC + CFGS QI + CFGM LAB 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¿Qué vamos a hacer en el IES PV? (2) Diseñar, adquirir e instalar una planta piloto semiautomática de capacidad 1 kg FAME/batch Producir aceites a partir de prensado de semillas Realizar operaciones básicas de proceso (destilación, extracción, mezclado, centrifugación, decantación, sedimentación, filtrado, etc.) Producir biodiesel a partir de varios tipos de aceite (oliva, girasol, maíz, soja,…) y aceites usados, con altos rendimientos Producir corriente alterna monofásica y trifásica mediante un generador, logrando el autoabastecimiento de la planta Producir corriente continua a partir de paneles solares fotovoltaicos autónomos Producir corriente continua a partir de una pila de combustible autónoma Realizar un control automático PID de ciertas partes del proceso Involucrar a otras Familias Profesionales, E.S.O. y bachillerato en el Proyecto 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¿Qué vamos a determinar en el IES PV? (3) Densidad, grado de acidez e índice de saponificación de los aceites empleados Punto de ebullición del metanol y punto de ebullición a vacío del FAME producido Viscosidades cinemática, dinámica, Engler y Saybolt del FAME Cenizas Ensayos de corrosión % de metanol residual por GC Puntos de inflamación Tag, Cleveland y Pensky-Martens Punto de anilina 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¿Qué vamos a determinar en el IES PV? (4) Ácidez residual Color por espectrometría UV-VIS Acidez y basicidad de las aguas de lavado Análisis de mezclas por cromatografía de capa fina Calcio y magnesio por Absorción atómica Sodio y potasio en aguas de lavado por fotometría de llama Contenido de FAME en biodiesel por refractometría Contenido de FAME en biodiesel por espectrofotometría infrarroja 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

¿Qué vamos a determinar en el IES PV? (5) pH, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez, DQO, ORP en aguas residuales y de lavado Análisis de suelos contaminados por biodiesel Análisis microbiológico del FAME producido y almacenado Cálculo estequiométricos y rendimientos de proceso Registro de datos y tratamiento estadístico Parámetros de generación de ozono por uso de biodiesel (conexión con Proyecto GO3) Eficacia de la generación energética renovable 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012

Gracias por tu atención Y también a… 9/19/2018 Proyecto innovación MEC 2011-2012