ELABORACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DEL JATROPHA CURCAS “PIÑÓN” Y LA GRASA DEL POLLO

COMO MATERIA PRIMA DEL BIODIÉSEL

JuanDavid Escudero Agudelo Grajales

RESUMENEn Colombia, por nuestros días la producción de energía eléctrica es muy dependiente de los combustibles fósiles, siendo este uno de los factores de descontento para instituciones que obtienen sus utilidades a raíz de sistemas industriales que utilizan los combustibles fósiles con su alto indicativo de costo haciendo también que el desplazamiento en equipos rodantes eleve su valor.

El presente proyecto de investigación es con la intención de abordar el posconflicto en Colombia generando nuevas actividades para desmovilizados y colombianos con la elaboración de biocombustibles a partir de reforestaciones de JATROPHA CURCAS o también conocida comúnmente piñón y la implementación de mataderos, el biocombustible fabricado tendrá múltiples ventajas, para la especie del ser humano y las demás existentes en el conjunto del planeta, mayormente para el medio ambiente. Para la fabricación del biocombustible, se necesita materiales que fácilmente se los puede conseguir como materiales de laboratorio químico, el hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, como el aceite de pollo, obtenido a partir de la fusión y filtración de sebos comprados a diversas empresas; como así mismo se podría obtener este recurso por medio de procesos independientes realizados en laboratorios propios implementados en empresas de amparo a los desmovilizados, y principalmente el JATROPHA CURCAS “piñón” que ya es cultivado en áreas de Colombia como así mismo se harán reforestaciones masivas de esta especie. Este fruto es de fácil cultivo ya que no demanda de un suelo totalmente fértil, rico en minerales, no necesita que se lo riegue constantemente, entre otros aspectos se considerara la implementación de reforestación de esta especie para la suplantación de cultivos ilícitos, como también la asociación con mataderos nacionales. Se considera que esta alternativa de combustible es innovadora y de fácil acceso. Ayudaría mucho a la economía del país y a las personas, debido que el combustible es un recurso que es del diario vivir y podría ser reemplazado por un biocombustible que además de ser un 86% menos contaminante, es más económico para su adquisición y fabricación. Se plantea como objetivo principal presentar la importancia de utilizar biodiesel como una fuente complementaria de energía a partir del uso de una oleaginosa con bajo costo de cultivo, no alimenticia y de buena adaptacion geografica en Colombia y los aceites del pollo que podrían aprovecharse como combustible, gracias a su viscosidad, siempre y cuando sean utilizados con un alcohol de bajo peso para facilitar su uso en motores, para esto, se necesita realizar un proceso de transesterificación, dentro del cual se transforman los triglicéridos para que los aceites lleguen a un nivel similar al diésel tradicional. Este proyecto de investigación quiere

concluir dejando en claro que no existira ninguna disyuntiva en los propósitos colombianos en cuanto a producir alimentos y atender los propositos del Programa de Biocombustibles.

Se realizara esta investigación con el propósito de aprovechar el biocombustible obtenido a partir del aceite de pin (Jatropha Curcas) en conjunto con los aceites de pollos, para producir los galones de diesel que consumen las generaciones colombianas. A lo largo de los capítulos se daran a conocer los factores que originaron la motivación del proyecto, también se da una explicacion de los procesos de producción de biodiesel además de las diferentes alternativas existentes para la producción de estos. Se darán a conocer el estado de los biocombustibles frente a los combustibles fósiles en todo el mundo y los planes de los pases desarrollados para promover la utilizacion de biocombustibles. En consecuencia, este producto se podrá mezclar con materiales fósiles para ser utilizado en motores de encendido por compresión. Esta es una parte del análisis y del trabajo físico y químico que se ha llevado a cabo en el Laboratorio de Ingeniería Química y en el de Biomasa y Energía de la Universidad Nacional de Colombia, con miras a determinar la utilidad de lo que actualmente se considera un desecho.

EL PROCESO

Se utilizó alrededor de un galón de aceite de pollo, obtenido a partir de la fusión y filtración de sebos comprados a diversas empresas. De la materia prima se obtuvieron diez litros de aceite, luego de filtrarla para quitarle sedimentos e impurezas sólidas.

“Se establecieron parámetros como la relación aceite-alcohol y la búsqueda del catalizador, que sería la base para la reacción y que en este caso fue hidróxido de sodio”

Para el procedimiento fue necesario un reactor del Laboratorio de Ingeniería Química de la UN, el cual fue precalentado; posteriormente se cargó el aceite elevando la temperatura a 60°C para iniciar la reacción que duró entre una y tres horas.

PRUEBA EN MOTORES

Según las investigaciones iniciales, la agitación mecánica proporcionó una mezcla homogénea de reactivos y permitió que el proceso se hiciera correctamente. De esa fase resultaron dos productos: glicerina y biodiesel. Este último fue retirado y lavado con ácido acético, con el fin de eliminar las impurezas producidas por el catalizador y el alcohol. Así, el resultado pasó por un análisis de composición de ácidos grasos, que determinó el 75 % de saturados e insaturados, lo que al momento de la aplicación generó propiedades favorables al biodiesel de pollo, tales como viscosidad, fluidez y reducción de contenidos insolubles en el producto final.

“Esto evita que se formen sólidos en descensos de temperatura que puedan taponar los inyectores en los sistemas de combustión”, asegura el experto del Departamento de Química.

Luego de la composición química siguió el análisis y la prueba en motores estacionarios de dos cilindros, con una potencia de 19 kilovatios a 1.800 revoluciones por minuto, ejercicio que se hizo

mezclando biodiésel al 22,5 % con combustible fósil. Las pruebas realizadas llegaron a los valores límites de los estándares de funcionamiento exigidos por la American Society for Testing and Materials. La viscosidad se mantuvo entre los límites superior e inferior, según la norma, pues llegó a 4,71 milímetros por segundo (el intervalo permitido es entre 1,9 y 6,0), lo que garantiza que no presente problemas para fluir.

Otro punto en el cálculo fue el índice de cetano, que determina la facilidad de encendido del motor y la calidad de inyección del combustible. Este indicador llegó a 53,9 sobre el mínimo, que es de 47, lo que significa que no habría problemas de ruidos excesivos en el encendido y sí, buenas posibilidades de bajar emisiones contaminantes, ya que se mejora la combustión. Dichos valores posibilitan la utilización del biodiésel al 100 % en funcionamiento de motores con ACPM (Aceite Combustible para Motores). “El paso a seguir es el estudio socioeconómico. Tenemos que ver la posibilidad de aprovechar este residuo con mataderos y con la industria avícola”. Para procesar el aceite de pollo en masa y crear este biocarburante líquido con ventajas de fluidez y viscosidad.

Además de los aceites vegetales, la grasa proveniente de cavidades internas, plumas, huesos y piel de animales como el pollo también sirve como materia prima para la fabricación de biodiésel.

I. INTRODUCCIÓN

Durante la segunda guerra mundial, debido la escasez de combustibles fósiles, se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobre diesel de origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel se desarrolló de forma significativa a raíz de la crisis energética que se sucedía en el momento, y al elevado costo del petróleo. Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la primera planta piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester).

Actualmente países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción y uso de biodiesel en automóviles.

La utilización de los biocombustibles líquidos es tan antigua como la de los mismos combustibles de origen fósil y los motores de combustión. Así, cuando ahora hace más de 100 años Rudolf Diesel diseñó el prototipo del motor diesel ya estaba previsto que funcionara con aceites vegetales. De hecho, en las primeras pruebas, lo hizo funcionar con aceite de cacahuete. Sin embargo, cuando el petróleo irrumpió en el mercado era barato, razonablemente eficiente y fácilmente disponible. Uno de sus derivados, el gasóleo, rápidamente se convirtió en el combustible más utilizado en el motor diesel. El agotamiento de los recursos fósiles, el incremento de las emisiones de contaminantes (que se sitúan por encima de la capacidad de regeneración de los ecosistemas) y el hecho de que dos terceras partes de las reservas petrolíferas están en la inestable región del golfo Pérsico claman a gritos la necesidad de encontrar alternativas energéticas. Las crisis energéticas que sacudieron el siglo XX fueron el motor para incentivar la búsqueda de nuevas fuentes energéticas. Sin embargo, el actual modelo energético

mayoritariamente basado en las energías fósiles y que engorda a la economía mundial está en crisis. Los denominados biocombustibles han entrado justo cuando se acercaba o se daba un período de crisis.

También cuando Henry Ford hizo el primer diseño de su automóvil Model T en 1908, esperaba utilizar el etanol como combustible. De hecho, de 1920 a 1924, la Standard Oil Company comercializó un 25 % de etanol en la gasolina vendida en el área de Baltimore. Sin embargo, los elevados precios del maíz, junto con las dificultades de almacenamiento y transporte, hicieron abandonar el proyecto. A finales de la década de los veinte y durante la década de los treinta, se hicieron esfuerzos para recuperar sin éxito esta iniciativa. A raíz de esta decaída en la utilización del etanol, Henry Ford y diversos expertos unieron fuerzas para promover su recuperación. Se construyó una planta de fermentación en Atchinson (Kansas) con un potencial para fabricar 38.000 litros diarios de etanol para automoción. Durante los años treinta, más de 2.000 estaciones de servicio en el Mediano Oeste vendieron este etanol hecho de maíz que denominó “gasol”. No obstante eso, la competencia de los bajos precios del petróleo obligó al cierre de la planta de producción de etanol a mediados de los años cuarenta. Como consecuencia, se acabó el negocio de los granjeros americanos y el gasol fue sustituido definitivamente por el petróleo.

La aparición de una segunda crisis del petróleo relacionada con el principio de la guerra irano-iraquí a principios de la década de los ochenta provocó una nueva caída en el consumo de petróleo. La extracción de este combustible experimentó una importante bajada antes de recuperarse a finales de la década gracias al abaratamiento del precio del crudo. Esto comportó el abandono de las estrategias de cambio energético encauzadas hacía ya unos años. La década de los noventa comenzó con una nueva crisis. Esta vez derivada de la invasión de Kuwait por Irak. Nuevamente, el precio del petróleo se volvió inestable y caro y los biocombustibles volvieron a la escena energética de la mayoría de los países.

Quiero plantear como alternativa la fabricación de biodiesel a partir del piñón en conjunto con el aceite del pollo. Esto me reanima la atención, porque el piñón en Colombia no está correctamente aprovechado. La clave está en que no se trata del piñón proveniente del pino piñonero del clima mediterráneo, sino de usar un arbusto piñonero asilvestrado y que no requiere grandes recursos para su crecimiento. propongo realizar la elaboración de un biocombustible con una fruta llamada JATROPHA CURCAS “PIÑÓN” y mezclarla con biodiesel obtenido del aceite del pollo para así mejorar la vida en nuestro planeta.

La causa que motivó a realizar el tema de investigación es lo difícil que es vivir en el planeta, ya que en los actuales momentos nuestra casa grande se encuentra completamente contaminada, por lo que creí conveniente no dejar pasar por alto que estamos a tiempo en poder recuperar nuestro ambiente sano. Con el documento presente expongo el propósito por facilitar el entendimiento y la enseñanza de cuidar el medio ambiente, así como hacer conciencia a todos los habitantes del planeta de lo importante que es saber investigar y aportar con ciencia a la ilustrísima intuición a la que pertenecemos.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

Para la elaboración del biocombustible se utilizará la planta jatropha curcas (piñón) en proceso de maduración. Además se utilizará compuestos químicos como el hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de potasio (KOH), lo cuales ayudarán al proceso de fermentación del jugo de la planta antes mencionada. Para la ebullición de la mezcla se utilizará un mechero Bunsem (a base de gas), en el cual se colocará la mezcla contenida en un Erlenmeyer. La tela metálica servirá de soporte para el Erlenmeyer.

Los aceites naturales y grasas animales son un mono, di y tri-glicéridos que contienen glicerina. Para elaborar biodiesel se requiere transformar en esteres por medio de una reacción química con el etanol puro, utilizando algún tipo de catalizador apropiado. Se genera glicerina como un subproducto de reacción que se precipita al fondo del recipiente, mientras el biodiesel flota encima. Catalizadores de esta reacción son el hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de Potasio (KOH), la mezcla del metanol con el hidróxido de potasio forma el denominado metóxido que es un producto de manejo para cuidadoso para el manejo de radiactividad, tras el acuerdo de paz propongo contratar a los desmovilizados en la acción de comenzar a reforestar y a moler la planta jatropha curcas para extraer su jugo, el mismo que se dejara fermentar mínimo por tres días. Luego del proceso de fermentación mezclaremos el jugo de la fruta, con la mezcla del hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio. Tomaremos la mezcla y la vertimos en conjunto con el aceite del pollo en el Erlenmeyer al cual lo colocaremos sobre la tela metálica. Tras dejar ebullir la mezcla sobre el mechero Bunsem por cinco minutos transcurrido ese tiempo retiraremos la mezcla del mechero y dejaremos reposar alrededor de cinco a siete horas. Siendo este proceso fundamental para la extracción del biocombustible, debido a que en este tiempo se divide la mezcla en el combustible natural libre de contaminantes y residuos desechables.

III. RESULTADOS

En la universidad nacional se ha comprobado que si es posible elaborar un biodiesel o biocombustible a partir del Jatropha Curcas (piñón), después de utilizar los métodos y materiales antes mencionados. Se obtiene un biocombustible, libre de químicos artificiales contaminantes, no con las propiedades de combustibles para automóviles pero con una mínima refinación que no es muy costosa se puedo transformar en un biocombustible para autos.

Las principales características de este biocombustible obtenido son:

Ventajas:

No contiene azufre ni compuestos aromáticos poli nucleares

Puede producir una combustión, más limpia con menos hidrocarburos sin quemar un monóxido de carbono y aldehídos

Desventajas:

La mayoría de biocombustibles depende de procesos de fabricación

Pueden aumentar la viscosidad con las altas temperaturas

Puede tener restos de glicerina, elevando las emisiones de aldehídos

Puede tener restos de metales como el Sodio Potasio Magnesio, sea por restos de catalizadores.

Tabla1. Fig1

Características del Biodiesel ResultadosDensidad de 15 grados C 850 a 900 kg/m3

Viscosidad 3.5 a 5 mm2/s

Contenido de Ester Mínimo 96.5 % (gravimétrico)

Punto Flash Mínimo 120 grados C

Contenido de Azufre 10mg/kg Número de Cetano 51Residuo Carbonoso 0.30% Contenido de Cenizas 0.02%Contenido de Agua 50 mg/kg Contaminación Total 24 mg/kgCorrosión Lámina cobre Clase1 Estabilidad oxidación Mínimo 6 horasValor ácido 050 mg KOH/h muestra Metanol 0.20%Mono glicéridos 0.80% Di Glicéridos 020%

IV. INTERPRETACIÓN

La interpretación dada a partir de los resultados, es que el biocombustible obtenido es de fácil y barata elaboración. Existen referencias que puntualizan que se puede obtener hasta 3000 litros de biocombustible cada año bajo condiciones cuidadosas, que corresponden a unos 800 galones. Es claro que la producción de biocombustible va a generar impactos positivos por el remplazo de combustibles fósiles. Sin embargo, hay impactos negativos que deben reconocerse y propiciar acciones remediables como los residuos de glicerina, agua contaminada y metales. Finalmente, el ligero aumento de las emisiones de NOx (Tabla2, Fig2) por el uso de biocombustible debe considerarse, pues requeriría de un mecanismo adicional de depuración en los gases de escape, aumentando un poco los gastos de operación. Todo ello implica afinar un poco la estrategia de desarrollo de biodiesel en Colombia, cuyas posibilidades en general lucen muy buenas una vez que se tomen los correctivos indicados.

Tabla2 Fig2

Emisiones del biodieselCompuesto Variación de emisiones (comparado con el diesel)NOx +2.0 PM -10CO -11 HC -21

V. CONCLUSIONES

Como hemos demostrado durante la realización de este proyecto, la fabricación de biocombustible a base de la planta Jatropha curcas o piñón no es un proceso complicado ni muy costoso. Esto nos ha llevado a las siguientes conclusiones:

El piñón es una fruta que tiene usos muy diversos y es muy útil, pues además de servir para la obtención de biodiesel, tiene otras aplicaciones en la medicina, la industria y la vida cotidiana. Se lo puede utilizar como laxante y cicatrizante, se puede extraer aceite con una industria más desarrollada y en ciertos lugares crece de manera silvestre y sirve como cercado natural, pues crece rápida y abundantemente. Dado que lo que se obtiene es un biodiesel, el nivel de polución ambiental disminuiría considerablemente, debido a que un biocombustible que proviene de un fruto natural es menos contaminante y nocivo que un combustible fósil. La contaminación ambiental es un problema que afecta enormemente a muchas ciudades del mundo, sobre todo ciudades grandes y con una alta densidad demográfica y/o industrial como Santiago de Chile, México D.F, etc. Por mencionar unas pocas. El biocombustible elaborado a partir del piñón mezclado con el aceite del pollo es, por tanto, una de las alternativas más viables para reducir esta contaminación ya que, como mencionamos antes, no requiere de una fuerte inversión ni de maquinaria industrial avanzada, y con un ligero refinamiento, se lo puede adaptar fácilmente como combustible para los automóviles particulares.

Otra conclusión que sacamos es que al usar este biocombustible en buses, camiones, tractores y demás vehículos con motor de combustión interna, se reduce considerablemente la emanación de gases tóxicos como el CO2, provocada principalmente por el uso de combustibles fósiles como el carbón, la gasolina o el diesel.

En Colombia ya existen plantas de fabricación de biodiesel. Aunque pueden surgir problemas tanto en el proceso de fabricación, como en la utilización de este biodiesel, las implicaciones negativas no son de gran magnitud y tienen fácil solución. Los inconvenientes suscitados, como la solidificación de estearinas dentro del tanque de combustible del automóvil que pueden taponar las válvulas de inyección en el caso del biodiesel hecho de la palma africana, no son tan frecuentes en biocombustible de piñón, por lo que creemos que sería importante seguir impulsando esta industria ya existente para solucionar los problemas de contaminación ambiental y que, a la vez, podría generar crecimiento económico para el país. Pasar de unos pocos cultivos silvestres e informales de jatropha curcas, a decenas de miles de hectáreas formales y necesarias para la producción industrial; así como desarrollar un mecanismo más eficaz de depuración de los gases para reducir el aumento de emanaciones de NOx requiere de la estrategia y apoyo de muchos sectores y la ejecución de un estudio ambiental estratégico e integral que cubra todas las etapas.