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.
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.
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.
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!
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.
Ahora puedes continuar con el proceso normal en la segunda etapa.
Esta es la etapa alcalina.
TERMINADO. En la etapa ácida los ácidos grasos libres son esterificados y algunos triglicéridos son transesterificados. En la etapa alcalina sólo hay transesterificación, pero es mucho más rápida y completa.
NOTA: Durante el reposo se forma un sedimento en el fondo ¡Que no entre en el depósito del coche!
Puede que te hayas hecho la siguiente pregunta: ¿por qué no mezclar el metanol con el ácido sulfúrico concentrado antes de echarlos en el aceite? Hay dos motivos: (a) La reacción entre el metanol y el H2SO4 concentrado es violenta y podría salpicarte; eso no ocurrrirá si los mezclas como se describe aquí. (b) Podría formarse dimetil éter. Mezclar alcoholes con H2SO4 concentrado es una manera de secar los alcoholes, eso es bueno, y también es una manera de formar dialcohol éteres, y eso no es bueno. El dimetil éter es un gas incoloro y muy explosivo.
El producto de la segunda etapa es bastante oscuro, pero no importa porque después se lava.
Después de que la mezcla se vuelva de color amarillo pajizo (paso 16), deja que repose durante una hora y separa la glicerina. La cantidad total debe ser aproximadamente de 120 ml de glicerina por cada litro de aceite/grasas. Si esa cantidad es menor de 100 ml por litro de aceite es porque algo ha salido mal, aunque el color sea correcto. La reacción no se ha completado.
La causa es casi siempre que el catalizador está carbonatado. El hidróxido de sodio dura muy poco si no se almacena correctamente: el CO2 del aire la neutraliza formando carbonato de sodio. El hidróxido de sodio carbonatado es mucho más blanco que el puro, que es casi transparente. El carbonato no perjudica la reacción, pero hay que aumentar la cantidad de catalizador.
La solución: Repetir el procedimiento a partir del paso 13. Prepara un nuevo lote de metóxido con 0,03 litros de metanol y 0,75 gramos de catalizador por cada litro de aceite/grasas. Vuelve a calentar el biodiésel a 55º C , añade el nuevo metóxido y mezcla como hiciste antes. Esta vez no es necesario separar la glicerina durante el proceso (paso 15), y no te preocupes por el color. Mezcla durante una hora, deja que repose, extrae la glicerina y continúa con el paso 18.
Para seguir usando el catalizador carbonatado tienes que poner un 25% más que la cantidad normal. Conservala a temperatura ambiente, en un lugar seco, si es posible. El recipiente debe estar cerrado herméticamente.
Para ahorrar se puede reciclar el metanol que queda sin reaccionar. También los principiantes pueden intentarlo. Hay dos formas de hacerlo: extracción por calentamiento y extracción por aspiración y calentamiento.
Es parecida a la extracción por calentamiento, pero necesita menos energía. El inconveniente es que hacen falta un recipiente y un equipamiento especiales. Un buen ejemplo es el reactor de Dale Scroggins:
http://home.swbell.net/scrof/Biod_Proc.html
Cuando construyas tu reactor es mejor que no lo hagas todo a la vez. Construye el reactor y aprende bien cómo se realiza el proceso. Después podrás mejorarlo para reutilizar el metanol.
Se puede reutilizar por lo menos la cuarta parte del metanol; por ejemplo, 50 ml (o más) por cada litro de aceite/grasas. Mézclalo con metanol nuevo para preparar el siguiente lote de metóxido.
Los motores diesel necesitan combustible de buena calidad. No puedes llenar el depósito con biodiésel de mala calidad y esperar que el motor siga funcionando sin problemas. Tienes tres enemigos muy peligrosos: la glicerina, los aceites y grasas parcialmente convertidos (monoglicéridos y diglicéridos) y el catalizador. La glicerina, los monoglicéridos, y los diglicéridos forman una pasta pegajosa en los inyectores y en las válvulas, y el catalizador puede dañar la bomba de inyección. La clave para conseguir un buen combustible es hacerlo todo bien desde el principio hasta el final. Utiliza productos puros (H2SO4, NaOH, metanol), mídelos con precisión, y sigue las instrucciones meticulosamente. Así evitarás las conversiones parciales. Un buen lavado se lleva toda la glicerina y neutraliza los restos de catalizador.
También hay kits para realizar controles de calidad. Uno de los visitantes de nuestra web me contó que en la industria del motor hay un test para detectar la presencia de glicol en el aceite de motor. También debería funcionar con la glicerina.
"Para detectar glicerina te aconsejo los kits de detección de glicol de etileno en el aceite de motor. Es un test sencillo que se vuelve morado en presencia de glicerol. El Glicol y el glicerol dan el mismo resultado en este test." (Gracias a Martin Reaney)<7p>
El papel para cromatografía y para cromatografía en capa fina sirven para averiguar la razón de conversión, y la valoración detecta restos de catalizador.
Consulta El biodiésel y tu vehículo.
Aleks Kac
Ljubljana
Slovenija
© Copyright Aleksander Kac, 2001. Patente en trámite. Este proceso tiene propietario. Esta información solamente puede ser copiada y distribuída con fines educativos no comerciales, si se indica la fuente y se incluye una referencia a esta dirección web:
http://es.journeytoforever.org/biocombustibles/biodiesel-proceso-acido-base.cgi
Cualquiera puede utilizar este proceso para producir combustible para uso propio o con fines no comerciales o educativos. Para la aplicación comercial de este proceso hay que pedir una licencia al propietario de la patente.
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