Biodiésel: historia, propiedades, tipos, ventajas, inconvenientes
El biodiésel es un combustible de origen natural que se obtiene al hacer reaccionar aceites vegetales o grasas animales con alcoholes de baja masa molecular. A esta reacción se la denomina transesterificación; es decir, se forman nuevos ésteres de ácidos grasos (llamados también ésteres mono alquílicos) a partir de los triglicéridos originales.
En otros contextos en lugar de utilizarse la palabra ‘transesterificación’, se dice que la biomasa se somete a una alcohólisis, porque se está tratando con alcoholes; entre ellos y predominantemente, el metanol y etanol. Es tan común el uso de metanol para producirse este biocombustible que casi es sinónimo del mismo.
El biodiésel es una alternativa verde para el uso del combustible diésel, gasoil o petrodiésel (resaltando todavía más que su composición consta de los hidrocarburos del petróleo). Sin embargo, sus propiedades y calidad en cuanto a rendimientos en motores diésel no difieren demasiado, por lo que ambos combustibles se mezclan en diferentes proporciones.
Algunas de estas mezclas pueden ser más ricas de biodiésel (B100, por ejemplo) o más ricas de petrodiésel (con apenas 5-20% de biodiésel). De esta manera se extiende el consumo de diésel a medida que se va introduciendo el biodiésel al mercado; no sin antes vencer una serie de problemas éticos, productivos y económicos.
Desde un punto de vista simple, si del petróleo puede obtenerse un líquido capaz de arder y generar energía para mover las máquinas, ¿por qué no de un aceite de origen natural? Sin embargo, por sí solo esto no basta: debe recibir un tratamiento químico si quiere competir o estar al nivel de los combustibles fósiles.
Cuando este tratamiento se lleva a cabo con hidrógeno, se habla de un refinamiento del aceite vegetal o grasa animal; su grado de oxidación es reducido o sus moléculas son fragmentadas. Mientras que en el biodiésel, en lugar de hidrógeno, se emplean alcoholes (metanol, etanol, propanol, etc.).
Índice del artículo
- 1 Historia
- 2 Propiedades
- 3 Obtención y producción
- 4 Tipos de biodiesel
- 5 Ventajas
- 6 Inconvenientes
- 7 Referencias
La respuesta para el primer problema que afrontarían los combustibles de origen biológico se descubrió ya en el pasado. Allá en 1853 dos científicos, E. Duffy y J. Patrick, lograron la primera transesterificación de un aceite vegetal, incluso mucho antes de que Rudolf Diesel diera marcha a su primer motor funcional.
En este proceso de transesterificación los triglicéridos de los aceites y/o grasas reaccionan con los alcoholes, principalmente metanol y etanol, para originar metil y etil ésteres de ácidos grasos, además de glicerol como producto secundario. Se utiliza un catalizador básico como KOH para acelerar la reacción.
El punto más importante de la transesterificación de las grasas es que ochenta años más tarde un científico belga, llamado G. Chavanne, redirigiría esta reacción para disminuir la alta y contraproducente viscosidad de los aceites vegetales.
El motor diesel surgió en 1890, ya a finales del siglo XIX, como respuesta a las limitaciones de las máquinas de vapor. Reunía todo lo que se deseaba de un motor: poder y durabilidad. Funcionaba además con cualquier tipo de combustible; y para la admiración del propio Rudolf y el gobierno francés, podía trabajar con aceites vegetales.
Siendo los triglicéridos fuentes de energía, era lógico pensar que al quemarse liberarían calor y energía capaces de generar trabajo mecánico. Diesel respaldaba el uso directo de estos aceites, ya que veía con buenos ojos que los granjeros pudieran procesar sus propios combustibles en lugares muy distantes a los yacimientos petroleros.
El primer modelo funcional del motor diesel resultó un éxito en su presentación el 10 de agosto de 1893, en Augusta, Alemania. Su motor trabajaba con aceite de cacahuete, pues Rudolf Diesel creía firmemente en que los aceites vegetales podían rivalizar con los combustibles fósiles; pero tal y como eran procesados de manera bruta, sin tratamientos posteriores.
Este mismo motor que funcionaba con aceite de cacahuete fue presentado en la Exposición Mundial de París en 1900. Sin embargo, no despertó tanto la atención porque para entonces el petróleo era una fuente mucho más accesible y barata de combustibles.
Petrodiésel
Después de la muerte de Diesel en 1913, se obtuvo el gasoil (diesel o petrodiésel) del refinamiento del petróleo. Y entonces el modelo del motor diesel diseñado para el aceite de cacahuete tuvo que adaptarse y reconstruirse para trabajar con este nuevo combustible, que era menos viscoso que cualquier otro aceite vegetal o biomasa.
Fue así que el petrodiésel se impuso por varias décadas al ser la alternativa más barata. Simplemente no era práctico sembrar grandes hectáreas de masas vegetales para recolectar sus aceites, que al final por ser tan viscosos terminaban por ocasionar problemas a los motores y no igualaban los mismos rendimientos obtenidos con la gasolina.
El problema con este combustible fósil era que incrementaba la contaminación de la atmósfera, y además dependía de la economía y política de las actividades petroleras. Ante la imposibilidad de recurrir de él, en algunos contextos se llegaron a utilizar aceites vegetales para movilizar vehículos pesados y maquinaria.
Cuando en la Segunda Guerra Mundial comenzó a escasear el petróleo a raíz del conflicto, varios países se vieron en la necesidad de recurrir otra vez a los aceites vegetales; pero tuvieron que lidiar con los daños de cientos de miles de motores debido a la diferencia de viscosidad que no podía tolerar su diseño (y menos aún si tenían agua emulsionada).
Pasada la guerra, las naciones volvieron a olvidarse de los aceites vegetales y retomaron la práctica de quemar solamente gasolina y petrodiésel.
El problema de la viscosidad lo había resuelto a baja escala el científico belga G. Chavanne en 1937, a quien concedieron una patente por su método de obtener etil ésteres de los ácidos grasos del aceite de palma tratado con etanol.
Se puede decir, por lo tanto, que el biodiesel nació formalmente en 1937; pero su planta y producción masiva tuvieron que esperar hasta 1985, llevadas a cabo en una universidad de agricultura de Austria.
Al someter estos aceites vegetales a la transesterificación, se resolvió finalmente el problema de la viscosidad, igualando al petrodiésel en desempeño e, incluso, representando una alternativa verde por encima de este.
Las propiedades del biodiésel dependen globalmente de la materia prima con que se produjo. Puede tener colores que varían desde el dorado, hasta el marrón oscuro, apariencia física qudepende del proceso de producción.
En términos generales es un combustible con buena lubricidad, lo que disminuye el ruido de los motores, alarga su tiempo de vida, y requiere de menor inversión para su mantenimiento.
Tiene un punto de ignición superior a los 120ºC, lo que quiere decir que siempre y cuando la temperatura exterior no sobrepase esta, no hay riesgo de incendio; cosa que no sucede con el gasoil, el cual puede arder incluso a 52ºC (muy fácil de lograr para un cigarrillo encendido).
Debido a que carece de hidrocarburos aromáticos como benceno y tolueno, no representa un riesgo cancerígeno en caso de derrame o exposición prolongada.
Asimismo, no posee azufre en su composición, por lo que no produce gases contaminantes SO2 ni SO3. Cuando se mezcla con diésel, le aporta un carácter lubricante mayor que el de sus compuestos sulfurados naturales. De hecho, el azufre es un elemento indeseable, y cuando el diésel se desulfura pierde lubricación que debe recuperar con biodiésel u otros aditivos.
El biodiésel se obtiene a partir de aceites vegetales o grasas animales transesterificados. Pero, ¿cuál de todos ellos debe constituir la materia prima? Idealmente, aquel que genere mayores cantidades de aceite o grasa a partir de una menor área de cultivo; que en términos más apropiados, vendría a ser el número de hectáreas que ocupa su campo de cultivo.
Un buen biodiésel debe provenir de un cultivo (granos, semillas, frutos, etc.) que produzca grandes volúmenes de aceite a partir de campos pequeños; de lo contrario, se requeriría que sus cultivos abarcasen países enteros y no sería viable económicamente.
Recolectada la biomasa, debe extraérsele después el aceite mediante infinidades de procesos; entre ellos, por ejemplo, está el uso de fluidos supercríticos para arrastrar y disolver el aceite. Una vez obtenido el aceite se somete a transesterificación con la finalidad de disminuir su viscosidad.
La transesterificación se logra mezclando el aceite con metanol y una base en reactores batch, ya sea bajo ultrasonido, fluidos supercríticos, agitaciones mecánicas, etc. Cuando se usa metanol se obtienen ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME, por sus siglas en inglés: Fatty Acid Methyl Ester).
Si por el contrario se usa etanol, se obtendrán ésteres etílicos de ácidos grasos (FAEE). Son todos estos ésteres y sus átomos de oxígeno los que caracterizan al biodiésel.
El metanol es el alcohol predominantemente utilizado como materia prima en la producción de biodiésel; y el glicerol, por otro lado, es un subproducto que pudiera destinarse para sustentar otros procesos industriales y hacer por lo tanto que la producción del biodiésel sea más rentable.
El glicerol proviene de las moléculas de triglicéridos originales, el cual es sustituido por el metanol para originar tres FAME.
Diferentes aceites o grasas tienen sus propios perfiles de ácidos grasos; por lo tanto, cada biodiesel posee distintos ésteres mono alquílicos producto de la transesterificación. Aun así, como estos ésteres apenas se diferencian en las longitudes de sus cadenas carbonadas, los combustibles resultantes no muestran grandes oscilaciones entre sus propiedades.
Entonces no existe una clasificación para el biodiesel, sino una diferente eficiencia y rentabilidad según la fuente de aceite o grasa que se seleccione para su producción. Sin embargo, sí existen mezclas biodiesel-petrodiesel, debido a que ambos combustibles pueden mezclarse y son miscibles entre sí, aportando sus cualidades benéficas para el motor.
El biodiesel puro se dice que es B100; lo que es igual a un 0% de petrodiesel en su composición. Luego están otras mezclas:
– B20 (con un 80% de petrodiesel).
– B5 (con 95% de petrodiesel).
– B2 (con un 98% de petrodiesel).
Los automóviles ensamblados antes de 1996 no podían utilizar B100 en sus motores sin tener que reponer ciertos componentes que se deterioraban por su acción disolvente. No obstante, incluso hoy en día hay modelos de automóviles que no consienten en sus garantías de fábrica grandes concentraciones de biodiésel, por lo que recomiendan utilizar mezclas menores que B20.
A continuación se desglosa una serie de ventajas que tiene el biodiésel sobre el petrodiésel y que lo hacen una alternativa verde y atractiva:
– Se obtiene a partir de biomasa, materia prima que es renovable y que muchas veces se pierde como desecho.
– Es biodegradable y no es tóxico. Por lo tanto, no contaminará los suelos o mares si se derrama accidentalmente.
– Su alto punto de ignición hace que sea más seguro al momento de almacenarlo y transportarlo.
– No produce gases de efecto invernadero porque el CO2 liberado representa la misma cantidad del absorbido por las plantas. Gracias a esto, cumple además con el protocolo de Kyoto.
– Incentiva las actividades rurales para la siembra de cultivos de los que se extrae el aceite vegetal.
– Puede producirse inclusive a partir de aceite frito. Este punto le favorece enormemente porque el aceite reciclado, doméstico o de los restaurantes, en lugar de desecharse y contaminar las aguas subterráneas, puede destinarse para producir más combustible verde.
– Representa un camino para independizarse a largo plazo del petróleo y sus derivados.
– Deja menos residuos al combustionar.
– Las algas bacterianas son, además de los granos de soja y semillas de girasoles, una fuente prometedora de biodiésel no comestible (e indeseable para muchos).
No todo es perfecto con este combustible. El biodiésel presenta también limitaciones que deben superarse si se quiere que sustituya al petrodiésel. Algunas de estas limitaciones o inconvenientes de su uso son:
– Tiene una temperatura de solidificación mayor, lo que significa que a bajas temperaturas se vuelve un gel.
– Su poder disolvente puede acabar con el caucho natural y la espuma de poliuretano presentes en los automóviles ensamblados antes de 1990.
– Es más costoso que el petrodiésel.
– Incrementa los precios de los cultivos y alimentos porque incorporan un valor añadido al utilizarse como materia prima de biodiésel.
– Dependiendo de la biomasa puede necesitar de muchísimas hectáreas de cultivo, lo que significaría la toma de ecosistemas ajenos a este propósito, y afectaría por tanto a la fauna silvestre.
– Aunque no produce gases sulfurados durante su combustión, sí libera mayores concentraciones de óxidos de nitrógeno, NOx.
– Se utilizarían grandes cantidades de alimentos, que en lugar de saciar hambrunas, se destinarían a la producción de biodiésel.
- Wikipedia. (2019). Biodiesel. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Penélope. (28 de diciembre de 2011). Biodiésel: ventajas y desventajas. Twenergy. Recuperado de: twenergy.com
- Renovetec. (2013). Biodiesel. Recuperado de: plantasdebiomasa.net
- Van Gerpen Jon. (03 de abril de 2019). History of biodiesel. Farm Energy. Recuperado de: farm-energy.extension.org
- Scott Hess. (2019). How biodiesel works. Howstuffworks. Recuperado de: auto.howstuffworks.com
- Pacific Biodiesel. (2019). Biodiesel. Recuperado de: biodiesel.com