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BIODIESEL Obtención Aplicaciones Tecnología del motor Mayra Melián Rodríguez Tecnología Energética 1 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Introducción … tenemos un gran problema … … y tiene difícil solución … ¡¡ Nos enfrentamos a una escasez de combustibles derivados del petróleo !! 2 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Introducción … Hay que buscar soluciones viables para en el mañana disponer de combustibles … Aprendiendo de los errores del presente y del pasado para evitarlos en el futuro … ¿ COMO ? HACIENDO USO DE LA CIENCIA Y LA TÉCNICA 3 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Reseña histórica 4 Desde la antigüedad, el hombre ha utilizado la LEÑA y la PAJA, para calentarse También conocía los aceites para iluminarse Usó el carbón vegetal para trabajar metales BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Reseña histórica 5 Una forma moderna de llamar a la paja, la madera, el carbón vegetal, los aceites … es llamarlos BIOCOMBUSTIBLES! Con el descubrimiento del petróleo, este desbancó a los combustibles tradicionales. BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología …Y todo fue muy bien, hasta la crisis del petróleo de 1973, donde se empezó a volver a tomar conciencia de que existen otras alternativas al petróleo… EL HOMBRE SE DIO CUENTA DE QUE EL PETRÓLEO NO ERA ETERNO 6 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Reseña histórica … Entonces, es sabio mirar atrás… Y utilizar el conocimiento para corregir los fallos del pasado, para no volver a cometerlos en el futuro… 7 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología ¿ Qué es un biocombustible? Definición: Se entiende por biocombustible a aquel combustible de origen biológico que no se ha fosilizado. Estos biocombustibles, son una alternativa viable y ecológica a los combustibles fósiles PETRÓLEO, GAS NATURAL Y CARBÓN 8 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Clasificación de los biocombustibles Su clasificación se hace en base a su estado físico: 9 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Ventajas de los biocombustibles Presentan las siguientes ventajas: Disminución de emisiones Biodegradables y renovables ¡ Cierran el ciclo del Carbono! 10 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Ventajas de los biocombustibles Pueden se la solución a los problemas ambientales que estamos detectando… ¡¡ HAY QUE DESARROLLAR TECNOLOGÍAS !! 11 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biocombustibles líquidos … y una de estas tecnologías es la utilización de BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS… Para alimentar a la voráz GENERACIÓN DEL COCHE 12 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Los biocombustibles líquidos Estos se pueden obtener de tres tipos de cultivos Cultivos azucareros: Etanol por vía fermentativa Cultivos oleaginosos: Aceites vegetales Cultivos forestales: Metanol, líquido piroleñoso, gas ¡¡ Los dos primeros son potencialmente explotables y muy conocidos !! 13 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Aceites Vegetales 14 Desde la antigüedad el hombre ha conocido las propiedades combustibles de los aceites vegetales, que utilizaba para la iluminación. Y sabia como aprovecharlos… BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Aceites Vegetales 15 A finales del siglo XIX, Diesel patentó su motor (1893) Utilizó aceite para hacer funcionar su motor en la Exposición Mundial de París de 1900 ¡ y gané el primer premio! Rudolf Diesel BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Problemas de los aceites vegetales Con motores convencionales: Alta densidad Inestabilidad Alto coste vs. Gasóleo Viscosidad Elevada Mayor consumo Menor rendimiento 16 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Posibles Soluciones 17 Utilizar motores de inyección indirecta que calienten el aceite Modificar las propiedades del mismo. Reacción de Transesterificación BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel 18 Definición: El biodiesel se puede definir como un combustible alternativo, producido a partir de aceites vegetales, aceites y grasas de fritura reciclados o grasas animales. Se considera una fuente renovable, porque la planta produce aceite a partir del aire y la luz solar, dos fuentes inagotables. BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel MATERIAS PRIMAS Ésteres de ácidos grasos + Aceites Vegetales + Grasas Animales + Aceites de Fritura Usados Alcoholes + Metanol + Etanol 19 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Clasificación GENERAL: FAME’s (Fatty Acid MethylEster) 20 SME: Soy/Sunflower MethylEster, obtenido a partir de aceite de semilla de soja o girasol. CME: Canole MethylEster, la materia prima es el aceite de canola. LME: Lard MethylEster, obtenido a partir de manteca de cerdo. ETME: Edible Tallow MethylEster, este éster es fabricado utilizando grasas comestibles BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Clasificación 21 ITME: Inedible Tallow MethylEster, se obtiene de grasas no comestible LYGME: Low Free Fatty Acid MethylEster, con esta calificación nos referimos a aceites de buena calidad HYGME: High Free Fatty Acid MethylEster, esta denominación se aplicará cuando son aceites reciclados BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Clasificación •Según la materia prima que elijamos, tendremos distintas proporciones de ésteres. Los más adecuados son los saturados, por su estabilidad. 22 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Clasificación Las especificaciones del biodiesel están recogidas en dos normas aceptadas internacionalmente: - ASTM D6751 (B20 y B100) - DIN E51606 (B100) 23 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Especificaciones ASTM D6751-3 24 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Especificaciones 25 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biodiesel. Caracteristicas 26 Viscosidad similar al gasóleo Elevado número de cetano Reducción de las emisiones 31% de los costes de producir la misma cantidad de gasóleo No tóxico y seguro Ecológico y renovable BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Números de cetano 27 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Comparativa de propiedades 28 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Ventajas del Biodiesel • • • • Menos emisiones Partículas HC’s PAH SO2 ¡¡Aumento de Nox!! 29 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Ventajas del Biodiesel 30 Cierra el ciclo del carbono No es tóxico ni peligroso Aumento del rendimiento Poder lubricante BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Inconvenientes del Biodiesel 31 Perdida de entre un 5-10% de potencia Aumento de emisiones de NOx Residuos en inyectores, válvulas y pistón Dilución del aceite lubricante Mayor ensuciamiento de los filtros Ataque a diversos polímeros Problemas de arranque en frío BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Soluciones. Motores 32 Trabajar con sistemas adaptados: Motores duales: Gasoleo + Biodiesel Motores de inyección indirecta. Precámara. Motores con precalentamiento. Deutz Motores especiales. Elsbett BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Motor Elsbett 33 Motor Semiadiabático Refrigeración por aceite Alcanza 1300ºC en el núcleo Motor Policarburante BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Motor Elsbett Para alcanzar las prestaciones: 34 Pistón de diseño específico Inyectores especiales Circuito estanco de refrigeración por el propio aceite lubricante BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Motor Elsbett 35 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Motor Elsbett 36 Disposición de la inyección e inyectores BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Motor Elsbett 37 Tiene un mayor rendimiento termodinámico, por operar a mayor temperatura. Puede operar en un rango elevado de viscosidades (2-40 cSt a 40ºC) Funciona con aceites, biodiesel, gasóleos Posibilidad de adaptabilidad a cualquier vehículo BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Proceso de Fabricación 38 OBJETIVOS Hacer reaccionar los aceites con el alcohol Máxima conversión Separación de productos - Metilester - Glicerina Proceso rápido y seguro BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Proceso de fabricación 39 MICROEMULSIÓN PIRÓLISIS DILUCIÓN Y MEZCLADO TRANSESTERIFICACIÓN BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología La reacción Química 40 Reacción de Transesterificación Requiere catalizador y temperatura alta (~50ºC) Aplicable a Aceites (Triglicéridos) BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Tipos de Catálisis Catálisis Ácida: Sulfúrico, Sulfónico ~ 3 horas, 100ºC , no agua, 1-2 % Catálisis Básica: NaOH, KOH ~ 1,5 horas, 60ºC Catálisis Básica: Metóxidos de Na y K ~ 30 minutos, 50ºC 0,5 % Elevadas conversiones > 98% Catálisis Heterogénea 41 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología El proceso 42 Procesado de la semilla Filtración y limpieza del aceite, si es usado Preparación del catalizador Reacción de transesterificación Separación de productos BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología El proceso. Problemas Proceso discontínuo Rentabilidad limitada Difícil control de las especificaciones Tecnología poco madura 43 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Reactor 44 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Situación Actual en España Plantas operativas: - Bionor: 20000 t/año - Stocks: 6000 t/año - Biodiesel: 35000 t/año En ejecución: - Bionet: 50000 t/año - 45 Biocarburants: 100000 t/año Biodiesel IDAE: 5000 t/año BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Nuevas Tecnologías 1. 2. 46 Trabajar en contínuo: Catálisis Heterogénea Varias líneas de investigación: Intercambio iónico Enzimas inmovilizadas 3. Zeolitas 4. Catalizadores de Zr y Ti La más prometedora BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Catálisis con Zeolitas 47 Pumitas acidificadas Zeolitas Tipo Y Catalizador de FCC, HZSM-5 H-mordenita Silicatos de aluminio Sílice amorfa mesoporosa dopada BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Catálisis con Zeolitas Y Reactor lecho fijo (ULL) Distintos tipos de Zeolitas comerciales tipo Y (ULL) Mejor Resultado: Zeolita Y530 , a 466ºC (t~ 12 min) Sílice mesoporosa amorfa (MCM-41) (UMA) Resultados por determinar 48 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Conclusiones 49 El biodiesel es una alternativa a los combustibles fósiles, pero NO LA SOLUCIÓN Apostar por las energías renovables Considerar tecnologías existentes, pero de poca difusión (Motor Elsbett) Otras fuentes potenciales: Etanol, Metanol, DME, MTBE, ETBE BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Conclusiones 50 Inserción progresiva: Mezcla con gasóleos convencionales: B20 (20% Biodiesel) Introducir el proceso continuo (catálisis heterogénea) Concienciar al mercado de la potencialidad de esta alternativa. Cuestiones políticas BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología BIOETANOL 51 El bioetanol se produce a partir de materiales con biomasa celulósica, abarcando este término toda la materia orgánica de origen vegetal, incluyendo también los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Tipo de Proceso: FERMENTACIÓN 52 Fermentación alcohólica azúcares simples como por ejemplo la glucosa se convierte en alcohol etílico y dióxido de carbono. Llevada a cabo mayoritariamente por levaduras “Saccharomyces cerevisiae ” BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Proceso de produccion del Etanol 53 Bajo coste del transporte de las materias primas Bajo coste de la conversión de polímeros a mono y disacáridos utilizables Uso de cultivos mixtos para catabolizar diferentes substratos y convertirlos en metabolitos deseados BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Proceso de produccion del Etanol 54 Utilización de procesos anaerobios debido a la elevada demanda de energía de la aireación Uso de cepas termófilas para ahorrar costes en enfriamiento, conseguir velocidades de conversión más altas y reducir la contaminación BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Proceso de produccion del Etanol 55 El proceso debe ser adaptable al cultivo continuo Bajo coste de la recuperación y concentración BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Biosintesis del Etanol GLUCOSA Glucólisis PIRUVATO Piruvato descarboxilasa. Mg2+. Pirofosfato de tiamina ACETALDEHIDO + CO2 Alcohol deshidrogenasa.NADH2 ETANOL 56 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Etapas Proceso Producción Etanol 57 Preparación de la solución de nutrientes Fermentación Balance de Energía BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Importancia del Bioetanol 58 Aditivo en nuestras gasolinas, está presente por tanto en todos los sitios , todos los días. Economía Científico Medio ambiental Social BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología Bioetanol en España 59 Planta Gallega (Teixeiro) Planta de Salamanca (Babilafuente) BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología BIODIESEL Y BIOETANOL 60 BIODIESEL. Obtención, Aplicaciones y Tecnología