Biocombustibles y desarrollo sostenible

Método ácido-base para producir biodiésel

Conversión de ácidos grasos libres en ésteres

Aleks (al fondo) con su amigo Matevz, haciendo biodiésel en el cuarto de estar de Matevz.
Aleks (al fondo) con su amigo Matevz, haciendo biodiésel en el cuarto de estar de Matevz

por Aleks Kac

NOTA: Los procesos en dos etapas son complicados, no para principiantes. Primero aprende lo más básico. Debes comenzar por el método de una etapa. Empieza aquí.

Con este método no hace falta ningún instrumento especial. Un termómetro resulta útil, pero no es imprescindible medir el pH, aunque sí recomendable. Al principio es bueno medirlo para asegurar un buen resultado, pero con suficiente experiencia puede conseguirse un buen resultado sin medir el pH.

Es un proceso de dos etapas, la primera ácida y la segunda alcalina. Se basa en la gran concentración de ácidos grasos libres (AGL) de los aceites de cocina usados, pero se puede usar con cualquier aceite o grasa, ya sea de origen animal o vegetal, aunque no contenga muchos AGL. Este proceso mejora enormemente el rendimiento de la reacción.

Introducción

Para producir biodiésel de forma eficiente a partir de aceites usados hay que evitar un gran problema: la formación de jabón. El jabón se forma durante la transesterificación alcalina catalizada (la reacción que forma el biodiésel) cuando los iones de sodio se combinan con los ácidos grasos libres. El jabón perjudica el rendimiento del proceso porque une a los metilésteres con el agua formando emulsión. Esos ésteres unidos al jabón se pierden en la fase de lavado; es más difícil separar el biodiésel del agua y se gasta más agua. El proceso aquí explicado centra la atención sobre los ácidos grasos libres.

En una de las primeras pruebas mezclé a medias aceite de cocina muy usado con manteca de cerdo. El resultado fue un producto puro que no tenía ni rastro de jabón. El biodiésel tenía buen aspecto y olía bien, como si lo hubiera hecho a partir de aceite nuevo.

Es un procedimiento sencillo. La primera etapa no es la transesterificación, sino la esterificación. El siguiente paso después de la esterificación es la transesterificación, pero en condiciones ácidas es mucho más lenta que en condiciones alcalinas y no se completa porque depende mucho más del equilibrio. La cantidad de metanol necesaria para que se completara la reacción encarecería mucho el precio del combustible, por eso es necesaria la etapa alcalina.

En la primera etapa se forma un compuesto a partir de un ácido y de un alcohol. El alcohol, como en otros procesos, es metanol, pero en vez de hidróxido de sodio el catalizador es ácido sulfúrico ("ácido de batería"). El ácido debe tener una pureza del 95% (el de las baterías es de 50%). El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más comunes del mundo, como el hidróxido de sodio. El ácido sulfúrico concentrado (a partir de 98%) es más caro; una pureza del 95% es suficiente si sigues bien las instrucciones. No puedes utilizar ningún otro ácido, tiene que ser sulfúrico. En la segunda etapa hace falta hidróxido de sodio, como de costumbre, pero sólo la mitad que en otros procesos.

El ión sulfato procedente del ácido sulfúrico se combina con el ión sodio procedente del hidróxido de sodio en la segunda etapa para formar sulfato de sodio, que es una sal soluble en agua que se separa del biodiésel durante el lavado. En el biodiésel no queda nada de azufre.

Materiales

Para este método no hace falta un reactor especial. Es mejor que el recipiente se pueda tapar y que tenga un desagüe en el fondo. Los recipientes altos y estrechos son mejores que los anchos de poca profundidad. Mejor mezclar con una bomba que con un agitador mecánico. La bomba debe tomar líquido del fondo y verterlo en la superficie. Para un reactor de 35 litros se pueden usar una bomba de lavadora de 100 W y un calentador de inmersión de lavadora de 1,5 kW para calentar la mezcla (el calentador debe estar recubierto de acero inoxidable). Puedes comprar un termostato para controlar la temperatura, pero son caros; mide la temperatura con un termómetro y conecta el calentador cuando sea necesario.

Con el tiempo el ácido corroe el hierro y el acero común. A pesar de ello puedes utilizar un bidón típico de 200 litros (55 galones). La concentración del ácido en este proceso es muy pequeña. El bidón debería aguantar un año o más antes de que el deterioro sea preocupante. Yo tengo un bidón de polipropileno. Sirve cualquier plástico que no se deforme a 100º C (212º F) de temperatura. También sirve el acero inoxidable. En los recipientes de plástico hay que usar calentadores de inmersión. Los de de acero pueden ponerse sobre una llama de propano para calentar el aceite, pero hay que cambiar la llama por un calentador de inmersión antes de añadir el metanol.

Lotes de prueba

Para ensayar un nuevo método siempre es buena idea hacer pequeños lotes de prueba de un litro o menos para familiarizarte con el proceso antes de arriesgarte con cantidades mayores. Para estas pruebas suelen emplearse recipientes de cocina, ¡pero no los uses para la comida nunca más!

Metóxido, el método sencillo

Esta es una manera sencilla y segura de preparar metóxido de sodio. Lo malo es que hay que hacerlo con mucho tiempo de adelanto, pero es fácil calcular los tiempos. La mezcla de hidróxido de sodio con metanol produce una reacción exotérmica (que desprende calor). Es peligroso, porque son substancias corrosivas, y difícil, porque al hidróxido de sodio le cuesta disolverse. Antes de usarlo tiene que disolverse todo el hidróxido.

¡TOMA TODAS LAS PRECAUCIONES cuando manipules metanol, hidróxido de sodio o metóxido de sodio!

Hazlo en un recipiente resistente y denso, hecho de HDPE (polietileno de gran densidad), normalmente marcado en el fondo con la marca internacional «2» dentro de un triángulo. Debe tener una tapa encajada a presión y otra enrroscada encima de la primera. Pon dentro el metanol y añade después el catalizador. Si estás usando una gran cantidad de catalizador es mejor que no lo eches todo de una vez, sino poco a poco, agitando el recipiente cada vez que lo añadas (primero cierralo bien). Después de echarla toda vuelve a tapar y agita durante unos segundos. Agita unas cuantas veces más, cada pocas horas (al menos entre cuatro y seis veces en total). Se disolverá totalmente en 24 horas, o un poco más.

En la producción de biodiésel la proporción catalizador/metanol es pequeña, particularmente con el método ácido-base. Si por algún motivo tuvieras que usar una proporción de catalizador mucho mayor, no prepares el metóxido de esta manera.

Para hacer estas fotografías Aleks preparó dos lotes pequeños en botes de cristal. Uno lo hizo con una mezcla de grasa y aceite de cocina muy usado, y el otro solo con grasa.
70% aceite y 30% grasa. Después de calentar para evaporar el agua aún quedan pegotes de grasa semisólida.
Mezcla de grasa y aceite después del precalentamiento
Adición de metanol
Fin de la etapa ácida (observa como se ha obscurecido)
Segundo lote, grasa semisólida
Adición de metanol
Glicerina de la primera etapa
Segunda etapa, biodiésel terminado
Glicerina de la segunda etapa

El proceso

Primera etapa

Ahora puedes continuar con el proceso normal en la segunda etapa.

Segunda etapa

Esta es la etapa alcalina.

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