Resumen de Nuevos procesos para la obtención de biodiésel a partir de catalizadores ácidos y básicos
El modelo energético actual presenta una serie de inconvenientes que podrían paliarse mediante la introducción de fuentes renovables, tales como los biocarburantes. Esta Tesis Doctoral se desarrolla en este marco, y en ella se estudian diferentes catalizadores que pueden emplearse para la producción de biodiésel, un combustible renovable procedente de la biomasa, que puede sustituir al diésel de origen fósil empleado actualmente en los motores de combustión interna.
El óxido de calcio ha mostrado ser uno de los catalizadores sólidos básicos más prometedores para la sustitución del actual proceso catalítico homogéneo que emplea la industria. El uso de este catalizador, sin embargo, posee una serie de dificultades que se han abordado en esta tesis. Uno de los problemas que más condicionan el empleo de este tipo de catalizadores a nivel industrial es el inevitable envenenamiento de los centros básicos superficiales por el contacto con el CO2 y el agua ambiental. Se ha desarrollado un procedimiento que protege al catalizador activado del aire ambiente, lo que facilita su manipulación y almacenamiento una vez activado y la transferencia hasta el reactor donde se lleva a cabo la reacción de transesterificación. Este procedimiento consiste en mezclar el CaO con una pequeña cantidad de biodiésel, lo que permite la exposición de la mezcla al aire durante varias horas sin que tenga lugar la desactivación del catalizador. Para nuestra sorpresa, este procedimiento no sólo protegía al catalizador del envenenamiento, sino que además provocaba un aumento en la velocidad de reacción de transesterificación. En este trabajo se ha conseguido averiguar las causas de esta promoción catalítica.
Otro de los inconvenientes que presenta el empleo de CaO para la obtención de biodiésel es la lixiviación de Ca2+ tanto en la fase alcohólica como en la propia fase éster (biodiésel), lo cual reduce el número de reutilizaciones a las que se puede someter el catalizador. La concentración de Ca2+ en la fase alcohólica es inferior a la concentración metálica (Na+ o K+) encontrada cuando la reacción se lleva a cabo con catalizadores homogéneos básicos, que se disuelven totalmente en la fase alcohólica. Esto tiene implicaciones positivas en el proceso de purificación del glicerol generado como subproducto. Sin embargo, la lixiviación de Ca2+ en el propio biodiésel genera un biocombustible que no cumple con las especificaciones de calidad en cuanto al contenido en Ca2+. En este trabajo se ha desarrollado un eficaz procedimiento de lavado por el que se consiguen eliminar los jabones cálcicos que actualmente impedirían la comercialización del biodiésel.
Los catalizadores básicos no permiten el tratamiento de aceites vegetales y grasas animales de baja calidad, por su alto contenido en ácidos grasos libres y agua. El empleo de materias primas de baja calidad conseguiría reducir los costes de producción. Estas materias primas baratas sólo podrían aprovecharse mediante el empleo de catalizadores ácidos, los cuales son capaces de llevar a cabo, en una sola etapa, la transesterificación de los triglicéridos y la esterificación de los ácidos grasos libres contenidos en el aceite de partida.
En este trabajo se ha evaluado la actividad catalítica de dos catalizadores ácidos basados en grupos sulfónicos: uno basado en sílice funcionalizada con grupos organosulfónicos y otro en poliestireno sulfonado. Ambos catalizadores han resultado ser activos en la transesterificación de triglicéridos, pero el primero de ellos resultó no ser reutilizable, lo que motivó el estudio de las causas que provocaban la desactivación de este catalizador.
El catalizador basado en poliestireno sulfonado mostró ser activo en la obtención de biodiésel a partir de un aceite con un alto contenido en ácidos grasos libres. Este catalizador resulta especialmente interesante y prometedor debido a que, a su vez, posee las ventajas de la catálisis homogénea y de la catálisis heterogénea. Por una parte tiene la ventaja de ser soluble en el medio de reacción, lo que facilita la accesibilidad de los reactivos a los centros activos y por otra parte, debido a su naturaleza polimérica, ofrece la posibilidad de poder ser separado del medio mediante técnicas de ultrafiltración para su posterior reutilización. Este catalizador ha mostrado ser reutilizable, manteniendo la misma actividad durante los distintos ciclos. Además ofrece la posibilidad de poder ser preparado a partir de residuos de poliestireno. En este trabajo se ha conseguido preparar un catalizador de este tipo a partir de envases de yogur, que ha mostrado una actividad similar a la obtenida con su homólogo comercial.
