Catalizadores para la producción de biodiesel - mario reyes(2)

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Catalizadores para la producción de biodiesel
El catalizador en la producción de biodiesel mediante el proceso de transesterificación se utiliza para acelerar la velocidad de reacción y obtener biodiesel de mejor calidad (Shahid & Jamal, 2011). Se utilizan catalizadores tanto ácidos como básicos, además de nuevas tecnologías como enzimas.
1.1 Catalizadores básicos
Los catalizadores básicos se prefieren a los ácidos, debido a su capacidad de completar la reacción a mayor velocidad, una temperatura de reacción más baja y su mayor eficiencia de conversión en comparación con los catalizadores ácidos.
Los catalizadores básicos pierden efectividad cuando el ácido graso libre (AGL) es alto, de acuerdo con Shahid & Jamal (2011) los catalizadores básicos causan saponificación en presencia de AGL, lo cual da como resultado exceso de glicerina y jabones. Los AGL se relacionan con el índice de acidez (número de miligramos de KOH que se requieren para neutralizar los ácidos grasos libres contenidos en un gramo de grasa) de la materia prima, si este es alto se utilizan catalizadores ácidos. El índice de acidez de los aceites comestibles es bajo en comparación con los aceites no comestibles, sin embargo, el índice de acidez de los aceites comestibles aumenta cuando se utiliza para freír. (Shahid & Jamal, 2011) informó que el índice de acidez del aceite de soja aumenta de 0.04% a 1.51%, cuando se calienta a 190°C por un periodo de 70 horas.
Los catalizadores básicos se dividen principalmente en dos tipos:
1. Catalizadores de base homogénea
2. Catalizadores de base heterogénea
Catalizadores de base homogénea
Entre estos se encuentra el hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH) y el metóxido de potasio (CH3ONa).
Catalizadores de base heterogénea
Los catalizadores homogéneos tales como hidróxido de potasio e hidróxido de sodio son catalizadores muy empleados y eficaces, pero su principal problema asociado es el lavado excesivo que se da al final del proceso. Se consume tiempo, energía y agua. En contraste Shahid & Jamal (2011) señala que los catalizadores de base heterogéneos (sólidos) son insolubles, se separan con filtración y son reutilizables. Entre los catalizadores de base heterogéneas más empleados están; óxidos de metales alcalinotérreos, zeolita, nitrato de potasio (KNO3), óxido de magnesio (MgO) y óxido de estroncio (SrO). De acuerdo con el estudio de Liu et al. (2007) al emplear SrO como catalizador de base sólida para convertir el aceite de soja en biodiesel logró más del 95% de eficiencia de conversión en solo 30 minutos a una temperatura inferior a 70°C y el SrO lo pudo reutilizar diez veces con eficacia.
1.2 Catalizadores ácidos
Los catalizadores ácidos se utilizan cuando la materia prima contiene agua y su nivel de acidez es alto. Los índices de acidez de la mayoría de los aceites no comestibles son más altos que el rango de rendimiento de los catalizadores básicos, en tales casos se utilizan catalizadores ácidos. Entre los retos que representan su uso, se encuentran una mayor cantidad de alcohol en la reacción, una temperatura y presión de reacción más altas y una velocidad de reacción más lenta. (Sinha et al., 2008). Por su parte Peng et al. (2008) menciona entre sus desventajas; la corrosión del reactor y los problemas ambientales.
Los catalizadores ácidos se utilizan generalmente para la transesterificación en dos etapas. En el primer paso los aceites se hacen reaccionar con alcohol en presencia de catalizadores ácidos (esterificación). El índice de acidez de los productos se reduce y luego el aceite se vuelve a reaccionar con metanol en presencia de catalizadores básicos. Mediante este pretratamiento, el valor de AGL disminuye al rango de transesterificación alcalina. En el siguiente paso ocurre la transesterificación utilizando hidróxido de sodio o potasio como catalizador.
Los catalizadores ácidos que se usan con más frecuencia son el ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido fosfórico y ácidos orgánicos sulfonados (Shahid & Jamal, 2011).
1.3 Catalizadores enzimáticos 
La transesterificación de los aceites o grasas animales se puede llevar a cabo usando catalizadores enzimáticos, los cuales no producen jabón y se evita el proceso de purificación, lavado y neutralización. Otra ventaja interesante que menciona Shahid & Jamal (2011) es que se puede aplicar a la materia prima con alto contenido de AGL y convierten más del 90% del aceite en biodiesel. De acuerdo con Leung et al. (2010) su principal desventaja es el costo y el tiempo de reacción.
Lipasa
La mayoría de las lipasas utilizadas como catalizadores en la síntesis orgánica son de origen microbiano y fúngico (Al-Zuhair, 2007). De acuerdo con AL-Zuhair (2007), distintos autores han utilizado las siguientes lipasas para la producción de biodiesel de forma exitosa: Novozime 435, R. delemar, R. miehei, C. rugosa, C. lipolytica, K. oxitoca P. camembertii, P. fluorescens, P. cepacia.
En el estudio de Athawale et al. (2000) se utilizó lipasas (lipozima) para la producción de biodiesel a partir de aceite de soja y linaza, dando resultados positivos. En un tiempo de 8 horas se produjo un 85% de conversión en el caso del aceite de soja y con el aceite de linaza, se observó un 80% de conversión.
1.3 No catalítica (método supercrítico)
La transesterificación se puede lograr en ausencia de catalizador añadido mediante altas presiones y temperaturas, las cuales convierten la reacción en un estado de fluido “supercrítico”. En este estado, las sustancias no son ni líquidas ni vapor. Al iniciar el proceso la velocidad de reacción es muy baja y comienza a aumentar conforme aumenta la presión o la temperatura. (Demirbas, 2009) comenta que el proceso no catalítico mediante metanol supercrítico permite la transesterificación simultanea de triglicéridos y metil esterificación de ácidos grasos, como resultado se da un proceso más limpio y un alto rendimiento de metilo de éster, sin un pretratamiento de la materia prima.
(Al-Zuhair, 2007) reportó los resultados producto de la transesterificación por método supercrítico y los comparó con el método catalítico acido y el método alcalino en la tabla 2.2 en estos reporta, algunas de las principales variables que intervienen en el proceso de transesterificación.
Tabla 2.2 Comparaciones entre procesos químicamente catalíticos y el método de metanol supercrítico para biodiesel producido por aceites vegetales
	
	Método catalítico alcalino
	Método catalítico ácido
	Método supercrítico 
	Temperatura de reacción (K)
	303-338
	338
	523-573
	Presión de reacción (MPa)
	0.1
	0.1
	10-25
	Tiempo de reacción (min)
	60-360
	4140
	7-15
	Rendimiento de éster metílico (% en peso
	96
	90
	98
	Eliminación de
	Metanol, catalizad
	metanol, catalizador
	Metanol
	Purificación
	Glicerol, jabones
	Glicerol
	
	Ácidos grasos libres
	Productos saponificados
	Ésteres metílicos, agua
	Esteres metílicos, agua
Tomado de: Production of biodiesel: possibilities and challenges por (Al-Zuhair, 2007)