ANTECEDENTES

El biodiesel consiste en una mezcla de ésteres metílicos de los ácidos grasos (FAME) contenidos en los triglicéridos que constituyen la base de los aceites vegetales y las grasas de origen animal.

Actualmente, el biodiesel se produce a nivel mundial mediante transesterificación con metanol de los triglicéridos presentes en los aceites vegetales, existiendo una normativa europea de calidad (UNE-EN14214) que debe cumplir el biodiesel así obtenido para poder ser comercializado como combustible de automoción. El proceso actual de producción de biodiesel hace uso de catalizadores homogéneos, usándose en más del 60% de las plantas el metóxido sódico.

Actualmente, el biodiesel obtenido con metanol es el único regulado y certificado a nivel internacional y, por tanto, el único capaz de ser comercializado. Las materias primas convencionales, aceite y metanol, y el catalizador representan más del 70% del coste de producción del biodiesel. Este coste pasa de unos 0’75 a 0’50 y a 0’20 US $/l cuando se pasa de utilizar aceite vegetal (soja) a sebo o manteca de cerdo y a residuos de fritura, respectivamente. Al emplear residuos como fuente de triglicéridos se reducen sensiblemente los costes de la materia prima, aunque se incrementan notablemente los de los tratamientos previos necesarios debido al elevado contenido de ácidos grasos libres, agua y otras impurezas.

Las grasas residuales de origen animal generadas a partir de subproductos SANDACH de categoría 1 y 2, que se usarán como materia prima en este proyecto, tienen un contenido muy elevado de ácidos grasos libres (alrededor del 30%) que las hacen incompatible con los procesos convencionales de obtención de biodiesel (catálisis alcalina homogénea) ya que causan la formación de jabón y el consumo de catalizador conduciendo a conversiones de reacción bajas.

Una solución que permite la conversión de este tipo de grasas en biodiesel es la transesterificación en condiciones de metanol supercrítico ya que no es necesario el uso estricto de catalizadores homogéneos (ni ácidos ni básicos) y se produce simultáneamente la transesterificación de los triglicéridos y la esterificación de los ácidos grasos libres sin formación alguna de jabones. De esta manera los ácidos grasos libres no interfieren en el proceso, alcanzándose rendimientos de biodiesel muy elevados (en torno al 99%). Al no ser necesario el uso de catalizadores homogéneos y, por tanto, no formarse jabones, no es necesario el lavado de las fases obtenidas, de manera que no se generan efluentes contaminantes, siendo un proceso respetuoso con el medioambiente. Por otro lado, la presencia de agua en la grasa, que perjudica en gran medida la transesterificación convencional, favorece en este caso el rendimiento de la reacción.

Por ello, la grasa residual de origen animal proveniente de subproductos SANDACH es una materia prima muy recomendable si el proceso se lleva a cabo en medio supercrítico.

Las condiciones óptimas del proceso no catalizado de transesterificación con metanol supercrítico (temperatura superior a 239’1ºC y presión mayor de 8’1 MPa) en reactor discontinuo se ven afectadas por el tipo de aceite y/o grasa utilizada, aunque en general la reacción se completa a temperaturas de unos 300-350ºC, presiones de 25-45 MPa, tiempos de reacción de unos 4-15 min y relaciones molares metanol/aceite de 40-45. La mezcla alcohol/grasa animal es homogénea en medio supercrítico, por lo que la reacción es mucho más rápida, llegándose a completar en pocos minutos. Actualmente, una de las mejores formas de conseguir unas condiciones de operación más suaves, que permitan obtener un biodiesel más barato y no provoquen su deterioro térmico, consiste en la utilización de catalizadores heterogéneos. Esta estrategia, que viene siendo considerada desde hace relativamente poco tiempo en la literatura científica, y de la que ya existe alguna experiencia industrial, apenas ha sido considerada en condiciones supercríticas. Así, la presencia de un 3% en peso de catalizador en forma de polvo (MgO, CaO) en el medio de reacción favorece la reacción de transesterificación en medio supercrítico, completándose la misma a 250ºC y 20 MPa tras unos 10-12 min de tratamiento.

Las grasas animales son sólidas a temperatura ambiente, ya que presentan un contenido elevado de ácidos grasos saturados y monoinsaturados. Estos ácidos grasos descomponen térmicamente a temperaturas superiores a 325ºC. El uso de catalizadores heterogéneos, como el mencionado en este proyecto (obtenido a partir de la cáscara de huevo), permitirá que el proceso supercrítico se pueda llevar a cabo a menores temperaturas (250-300ºC), evitando así la descomposición térmica del biodiesel resultante.

Los catalizadores heterogéneos utilizados en la literatura para la síntesis de biodiesel en condiciones supercríticas se encuentran en forma de polvo finamente dividido que es necesario separar tras la reacción. Este proceso de separación se puede llevar a cabo por filtración o centrifugación y puede llegar a ser bastante tedioso en algunos casos. Por tanto, se plantea la posibilidad innovadora de utilizar catalizadores heterogéneos conformados, cuya recuperación es mucho más sencilla. Los catalizadores conformados serán diseñados de tal manera que provoquen una pérdida de carga pequeña cuando se haga circular el medio de reacción a su través.

Seleccionar una tecnología como el proceso supercrítico que puede absorber esa alta acidez sin provocar una caída del rendimiento de producción de biodiesel ni afectar sensiblemente la calidad del mismo le confiere una importantísima ventaja tecnológica competitiva en el mercado.

Hay que indicar que el grupo de investigación de la Universidad de Murcia que participa en este proyecto ya ha realizado ensayos de laboratorio preliminares de síntesis de biodiesel con metanol supercrítico usando catalizadores heterogéneos de cáscara de huevo y se han obtenido resultados muy prometedores que validan el uso de esta tecnología para la producción de biodiesel.