El biodiesel es un líquido obtenido a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o gordos, con o sin uso, uno por procesos industriales de esterificación y transesterificación y se aplica en la preparación del reemplazo total o parcial de petrodiésel o gas oil obtenido del petróleo. El biodiesel se puede mezclar con aceite diesel de la refinación de petróleo en diferentes cantidades.
Producción
El biodiesel se produce comúnmente mediante la transesterificación del aceite vegetal o la materia prima animal y las materias primas no comestibles, como el aceite para freír, etc. Existen varios métodos para llevar a cabo esta reacción de transesterificación, incluido el proceso por lotes común, catalizadores heterogéneos, supercríticos. Procesos, métodos ultrasónicos, e incluso métodos de microondas.
Químicamente, el biodiesel transesterificado comprende una mezcla de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga. La forma más común utiliza metanol (convertido en metóxido de sodio) para producir ésteres metílicos (comúnmente conocido como éster metílico de ácidos grasos – FAME), ya que es el alcohol más barato disponible, aunque el etanol se puede usar para producir un éster etílico (comúnmente denominado éster etílico). como éster etílico de ácidos grasos (FAEE, por sus siglas en inglés) también se han utilizado biodiesel y alcoholes superiores como el isopropanol y el butanol. El uso de alcoholes de pesos moleculares más altos mejora las propiedades de flujo en frío del éster resultante, a costa de una reacción de transesterificación menos eficiente. Se utiliza un proceso de producción de transesterificación de lípidos para convertir el aceite base en los ésteres deseados. Cualquier ácido graso libre (FFA) en el aceite base se convierte en jabón y se elimina del proceso, o se esterifica (produciendo más biodiesel) utilizando un catalizador ácido. Después de este procesamiento, a diferencia del aceite vegetal puro, el biodiesel tiene propiedades de combustión muy similares a las del diesel de petróleo y puede reemplazarlo en la mayoría de los usos actuales.
El metanol utilizado en la mayoría de los procesos de producción de biodiesel se fabrica utilizando insumos de combustibles fósiles. Sin embargo, existen fuentes de metanol renovable fabricadas con dióxido de carbono o biomasa como materia prima, lo que hace que sus procesos de producción estén libres de combustibles fósiles.
Un subproducto del proceso de transesterificación es la producción de glicerol. Por cada 1 tonelada de biodiesel que se fabrica, se producen 100 kg de glicerol. Originalmente, existía un mercado valioso para el glicerol, que ayudaba a la economía del proceso en su conjunto. Sin embargo, con el aumento en la producción global de biodiesel, el precio de mercado de este glicerol crudo (que contiene 20% de agua y residuos de catalizador) se ha desplomado. Se está llevando a cabo una investigación a nivel mundial para utilizar este glicerol como un componente químico (ver intermedio químico en el artículo de Wikipedia «Glicerol»). Una iniciativa en el Reino Unido es The Glycerol Challenge.
Por lo general, este glicerol en bruto tiene que ser purificado, típicamente mediante la destilación al vacío. Esto es bastante intensivo en energía. El glicerol refinado (98% + pureza) puede utilizarse directamente o convertirse en otros productos. Los siguientes anuncios se hicieron en 2007: una empresa conjunta de Ashland Inc. y Cargill anunciaron planes para producir propilenglicol en Europa a partir de glicerol y Dow Chemical anunció planes similares para América del Norte. Dow también planea construir una planta en China para producir epiclorhidrina a partir de glicerol. La epiclorhidrina es una materia prima para resinas epoxi.
Niveles de produccion
En 2007, la capacidad de producción de biodiesel creció rápidamente, con una tasa de crecimiento anual promedio de 2002–06 de más del 40%. Para el año 2006, el último para el que se pudieron obtener cifras reales de producción, la producción mundial total de biodiesel fue de aproximadamente 5 a 6 millones de toneladas, con 4.9 millones de toneladas procesadas en Europa (de las cuales 2.7 millones fueron de Alemania) y la mayor parte del resto de los Estados Unidos. Solo en 2008, la producción en Europa aumentó a 7,8 millones de toneladas. En julio de 2009, se agregó un arancel al biodiesel estadounidense importado en la Unión Europea para equilibrar la competencia de los productores europeos, especialmente los alemanes. La capacidad para 2008 en Europa fue de 16 millones de toneladas. Esto se compara con una demanda total de diesel en los Estados Unidos y Europa de aproximadamente 490 millones de toneladas (147 mil millones de galones). La producción mundial total de aceite vegetal para todos los propósitos en 2005/06 fue de aproximadamente 110 millones de toneladas, con aproximadamente 34 millones de toneladas de aceite de palma y aceite de soja. A partir de 2018, Indonesia es el principal proveedor mundial de biocombustibles a base de palmoil con una producción anual de 3,5 millones de toneladas, y se espera que exporte alrededor de 1 millón de toneladas de biodiesel.
La producción de biodiesel en Estados Unidos en 2011 llevó a la industria a un nuevo hito. Bajo el Estándar de Combustible Renovable de la EPA, se han implementado objetivos para las plantas de producción de biodiesel con el fin de monitorear y documentar los niveles de producción en comparación con la demanda total. Según los datos de fin de año publicados por la EPA, la producción de biodiesel en 2011 alcanzó más de mil millones de galones. Este número de producción superó con creces el objetivo de 800 millones de galones establecido por la EPA. La producción proyectada para 2020 es de casi 12 mil millones de galones.
Disponibilidad y precios
La producción global de biodiesel alcanzó 3.8 millones de toneladas en 2005. Aproximadamente el 85% de la producción de biodiesel provino de la Unión Europea.
En 2007, en los Estados Unidos, los precios minoristas promedio (en la bomba), incluidos los impuestos federales y estatales sobre los combustibles, de B2 / B5 fueron más bajos que el diesel de petróleo en aproximadamente 12 centavos, y las mezclas de B20 fueron las mismas que las del petrodiesel. Sin embargo, como parte de un cambio dramático en los precios del diesel, en julio de 2009, el DOE de los EE. UU. Informó un costo promedio de B20 15 centavos por galón más alto que el diesel de petróleo ($ 2.69 / gal contra $ 2.54 / gal). B99 y B100 generalmente cuestan más que el petrodiesel, excepto cuando los gobiernos locales otorgan un incentivo o subsidio fiscal. En el mes de octubre de 2016, el Biodiesel (B20) fue 2 centavos más bajo / galón que el petrodiesel.
Materias primas de biodiesel
Se puede usar una variedad de aceites para producir biodiesel. Éstos incluyen:
Materia prima del aceite virgen: los aceites de colza y de soja son los más comúnmente utilizados, ya que el aceite de soja representa aproximadamente la mitad de la producción de EE. También se puede obtener de Pongamia, pennycress de campo y jatropha y otros cultivos como mostaza, jojoba, lino, girasol, aceite de palma, coco y cáñamo (consulte la lista de aceites vegetales para biocombustibles para obtener más información);
Aceite vegetal de desecho (WVO);
Grasas de animales como el sebo, la manteca de cerdo, la grasa amarilla, la grasa de pollo y los subproductos de la producción de ácidos grasos Omega-3 a partir del aceite de pescado.
Las algas, que se pueden cultivar utilizando materiales de desecho como las aguas residuales y sin desplazar la tierra actualmente utilizada para la producción de alimentos.
Aceite de halófitos como Salicornia bigelovii, que puede cultivarse utilizando agua salada en zonas costeras donde no se pueden cultivar cultivos convencionales, con rendimientos iguales a los rendimientos de la soja y otras semillas oleaginosas cultivadas con riego de agua dulce
Lodos de aguas residuales: el campo de aguas residuales a biocombustibles está atrayendo el interés de grandes compañías como Waste Management y empresas nuevas como InfoSpi, que apuestan a que el biodiesel de aguas residuales renovables puede ser competitivo con el diesel de petróleo en el precio.
Muchos defensores sugieren que el aceite vegetal de desecho es la mejor fuente de petróleo para producir biodiesel, pero dado que el suministro disponible es drásticamente menor que la cantidad de combustible a base de petróleo que se quema para el transporte y la calefacción doméstica en el mundo, esta solución local no pudo Escala a la tasa actual de consumo.
Las grasas animales son un subproducto de la producción de carne y la cocina. Aunque no sería eficiente criar animales (o capturar peces) simplemente por su grasa, el uso del subproducto agrega valor a la industria ganadera (cerdos, vacas, aves de corral). Hoy en día, las instalaciones de biodiesel de materias primas múltiples producen biodiesel a base de grasa animal de alta calidad. Actualmente, se está construyendo una planta de 5 millones de dólares en los EE. UU. Con la intención de producir 11.4 millones de litros (3 millones de galones) de biodiesel a partir de una cantidad estimada de 1 billón de kg (2,2 billones de libras) de grasa de pollo producida anualmente en el local. Planta avícola Tyson. De manera similar, algunas fábricas de biodiesel a pequeña escala utilizan aceite de pescado de desecho como materia prima. Un proyecto financiado por la Unión Europea (ENERFISH) sugiere que en una planta vietnamita para producir biodiesel a partir de bagre (basa, también conocido como pangasius), se puede producir una producción de 13 toneladas / día de biodiesel a partir de 81 toneladas de desechos de pescado de 130 toneladas de pescado). Este proyecto utiliza el biodiesel para alimentar una unidad de CHP en la planta de procesamiento de pescado, principalmente para alimentar la planta de congelación de pescado.
Cantidad de materias primas requeridas
La producción mundial actual de aceite vegetal y grasa animal no es suficiente para reemplazar el uso de combustibles fósiles líquidos. Además, algunos se oponen a la gran cantidad de cultivos y la fertilización resultante, el uso de pesticidas y la conversión del uso de la tierra que serían necesarios para producir el aceite vegetal adicional. El combustible diesel para el transporte y el combustible para calefacción del hogar que se estima que se utiliza en los Estados Unidos es de aproximadamente 160 millones de toneladas (350 mil millones de libras) según la Administración de Información de Energía del Departamento de Energía de los Estados Unidos. En los Estados Unidos, la producción estimada de aceite vegetal para todos los usos es de aproximadamente 11 millones de toneladas (24 mil millones de libras) y la producción estimada de grasa animal es de 5.3 millones de toneladas (12 mil millones de libras).
Si toda la superficie de tierra cultivable de los EE. UU. (470 millones de acres, o 1,9 millones de kilómetros cuadrados) se dedicara a la producción de biodiesel a partir de soja, esto proporcionaría los 160 millones de toneladas requeridas (suponiendo un optimista de 98 galones / acre de biodiesel). . Esta área de tierra podría, en principio, reducirse significativamente usando algas, si los obstáculos se pueden superar. El DOE de EE. UU. Estima que si el combustible de algas reemplazara todo el combustible de petróleo en los Estados Unidos, requeriría 15,000 millas cuadradas (39,000 kilómetros cuadrados), que es unos pocos miles de millas cuadradas más grande que Maryland, o un 30% más que el área de Bélgica , suponiendo un rendimiento de 140 toneladas / hectárea (15,000 galones / acre). Dado un rendimiento más realista de 36 toneladas / hectárea (3834 galones / acre), el área requerida es de unos 152,000 kilómetros cuadrados, o aproximadamente igual a la del estado de Georgia o de Inglaterra y Gales. Las ventajas de las algas son que se pueden cultivar en tierras no cultivables, como los desiertos o en ambientes marinos, y los rendimientos potenciales de petróleo son mucho más altos que los de las plantas.
rendimiento
La eficiencia de rendimiento de la materia prima por unidad de área afecta la posibilidad de aumentar la producción a los enormes niveles industriales requeridos para alimentar un porcentaje significativo de vehículos.
Algunos rendimientos tipicos.
Cultivo rendimiento
L / ha Galón / acre
aceite de palma 4752 508
Coco 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Colza 954 102
Soja (Indiana) 554-922 59.2–98.6
Sebo chino 907 97
Maní 842 90
Girasol 767 82
Cáñamo 242 26
«Biocombustibles: algunos números». Grist.org. Consultado el 2010-03-15.
Makareviciene et al., «Oportunidades para el uso de chufa juncia en la producción de biodiesel»,
Cultivos y productos industriales, 50 (2013) p. 635, tabla 2.
Klass, Donald, «Biomasa para Energías Renovables, Combustibles,
y productos químicos «, página 341. Academic Press, 1998.
Kitani, Osamu, «Volumen V: Ingeniería de Energía y Biomasa,
CIGR Manual de Ingeniería Agrícola «, Amer Society of Agricultural, 1999.
Los rendimientos de combustible de algas aún no se han determinado con precisión, pero se informa al DOE que dice que las algas producen 30 veces más energía por acre que los cultivos terrestres como la soja. Ami Ben-Amotz, del Instituto de Oceanografía de Haifa, que lleva más de 20 años cultivando algas comercialmente, considera que los rendimientos de 36 toneladas por hectárea son prácticos.
La jatropha se ha citado como una fuente de alto rendimiento de biodiesel, pero los rendimientos dependen en gran medida de las condiciones climáticas y del suelo. Las estimaciones en el extremo inferior sitúan el rendimiento en aproximadamente 200 galones por acre (1,5 a 2 toneladas por hectárea) por cultivo; En climas más favorables se han logrado dos o más cultivos por año. Se cultiva en Filipinas, Mali e India, es resistente a la sequía y puede compartir el espacio con otros cultivos comerciales como el café, el azúcar, las frutas y las verduras. Se adapta bien a las tierras semiáridas y puede contribuir a frenar la desertificación, según sus defensores.
Eficiencia y argumentos económicos.
Según un estudio realizado por los Dres. Van Dyne y Raymer para la Autoridad del Valle de Tennessee, la granja promedio de los EE. UU. Consume combustible a una tasa de 82 litros por hectárea (8,75 galones / acre) de tierra para producir una cosecha. Sin embargo, los cultivos promedio de colza producen petróleo a una tasa promedio de 1,029 L / ha (110 US gal / acre), y los campos de colza de alto rendimiento producen aproximadamente 1,356 L / ha (145 US gal / acre). La relación de entrada a salida en estos casos es aproximadamente 1: 12.5 y 1: 16.5. Se sabe que la fotosíntesis tiene un índice de eficiencia de aproximadamente 3 a 6% de la radiación solar total y si la masa total de un cultivo se utiliza para la producción de energía, la eficiencia general de esta cadena es actualmente de aproximadamente el 1%, aunque esto puede compararse desfavorablemente con la energía solar. Las celdas combinadas con un tren de propulsión eléctrica, el biodiesel es menos costoso de implementar (las celdas solares cuestan aproximadamente US $ 250 por metro cuadrado) y el transporte (los vehículos eléctricos requieren baterías que actualmente tienen una densidad de energía mucho menor que la de los combustibles líquidos). Un estudio de 2005 descubrió que la producción de biodiesel con soja requería un 27% más de energía fósil que el biodiesel producido y un 118% más de energía que los girasoles.
Sin embargo, estas estadísticas por sí solas no son suficientes para mostrar si tal cambio tiene sentido económico. Se deben tener en cuenta factores adicionales, tales como: el combustible equivalente a la energía requerida para el procesamiento, el rendimiento del combustible crudo, el rendimiento en el cultivo de alimentos, el efecto que tendrá el biodiesel en los precios de los alimentos y el costo relativo del biodiesel en comparación con Petrodiesel, la contaminación del agua proveniente de la escorrentía de la granja, el agotamiento del suelo y los costos externos de la interferencia política y militar en los países productores de petróleo destinados a controlar el precio del petrodiesel.
El debate sobre el balance energético del biodiesel está en curso. La transición completa a los biocombustibles podría requerir inmensas extensiones de tierra si se utilizan cultivos alimentarios tradicionales (aunque se pueden utilizar cultivos no alimentarios). El problema sería especialmente grave para las naciones con grandes economías, ya que el consumo de energía aumenta con la producción económica.
Si solo se utilizan plantas alimenticias tradicionales, la mayoría de estas naciones no tienen suficiente tierra cultivable para producir biocombustible para los vehículos de la nación. Las naciones con economías más pequeñas (por lo tanto, menos consumo de energía) y más tierra cultivable pueden encontrarse en mejores situaciones, aunque muchas regiones no pueden permitirse desviar la tierra de la producción de alimentos.
Para los países del tercer mundo, las fuentes de biodiesel que usan tierras marginales podrían tener más sentido; por ejemplo, nueces de pong oiltree cultivadas a lo largo de carreteras o jatropha cultivadas a lo largo de líneas ferroviarias.
En regiones tropicales, como Malasia e Indonesia, las plantas que producen aceite de palma se están plantando a un ritmo rápido para satisfacer la creciente demanda de biodiesel en Europa y otros mercados. Los científicos han demostrado que la eliminación de la selva tropical para las plantaciones de palmeras no es ecológica, ya que la expansión de las plantaciones de palma aceitera representa una amenaza para la selva tropical natural y la biodiversidad.
Se ha estimado en Alemania que el biodiesel de aceite de palma tiene menos de un tercio de los costos de producción del biodiesel de colza. La fuente directa del contenido de energía del biodiesel es la energía solar captada por las plantas durante la fotosíntesis. Respecto al balance energético positivo del biodiesel:
Cuando se dejó paja en el campo, la producción de biodiesel fue fuertemente positiva en energía, con un rendimiento de 1 GJ de biodiesel por cada 0.561 GJ de energía (una relación rendimiento / costo de 1.78).
Cuando se quemó la paja como combustible y se usó harina de aceite como fertilizante, la relación rendimiento / costo para la producción de biodiesel fue aún mejor (3.71). En otras palabras, por cada unidad de entrada de energía para producir biodiesel, la salida fue de 3.71 unidades (la diferencia de 2.71 unidades sería de la energía solar).
Impacto económico
Se han realizado múltiples estudios económicos sobre el impacto económico de la producción de biodiesel. Un estudio, encargado por la Junta Nacional de Biodiesel, reportó que la producción de biodiesel en 2011 apoyó 39,027 empleos y más de $ 2.1 mil millones en ingresos familiares en los Estados Unidos. El crecimiento del biodiesel también ayuda a aumentar significativamente el PIB. En 2011, el biodiesel generó más de $ 3 mil millones en PIB. A juzgar por el continuo crecimiento en el Estándar de Combustible Renovable y la extensión del incentivo fiscal al biodiesel, el número de empleos puede aumentar a 50,725, $ 2,7 mil millones en ingresos, y alcanzar los $ 5 mil millones en PIB para 2012 y 2013.
Seguridad energética
Uno de los principales impulsores para la adopción de biodiesel es la seguridad energética. Esto significa que la dependencia de una nación del petróleo se reduce y se sustituye con el uso de fuentes disponibles localmente, como el carbón, el gas o las fuentes renovables. De este modo, un país puede beneficiarse de la adopción de biocombustibles, sin una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero. Mientras se debate el balance energético total, está claro que se reduce la dependencia del petróleo. Un ejemplo es la energía utilizada para fabricar fertilizantes, que podría provenir de una variedad de fuentes distintas del petróleo. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos (NREL, por sus siglas en inglés) afirma que la seguridad energética es la fuerza impulsora número uno detrás del programa de biocombustibles de los EE. UU., Y el documento «Seguridad energética para el siglo XXI» de la Casa Blanca deja claro que la seguridad energética es una de las principales razones para promover biodiesel. El ex presidente de la comisión de la UE, José Manuel Barroso, en una conferencia reciente sobre biocombustibles de la UE, destacó que los biocombustibles adecuadamente administrados tienen el potencial de reforzar la seguridad del suministro de la UE a través de la diversificación de las fuentes de energía.
Efectos ambientales
El aumento del interés en los biodiésel ha puesto de relieve una serie de efectos ambientales asociados con su uso. Estos incluyen potencialmente reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero, la deforestación, la contaminación y la tasa de biodegradación.
De acuerdo con el Análisis de Impacto Regulatorio del Programa de Estándares de Combustible Renovable de la EPA, publicado en febrero de 2010, el biodiesel del aceite de soja produce, en promedio, una reducción del 57% en los gases de efecto invernadero en comparación con el diesel de petróleo, y el biodiesel producido a partir de grasa residual da como resultado un 86% reducción. Consulte el capítulo 2.6 del informe de la EPA para obtener información más detallada.
Sin embargo, las organizaciones ambientales, por ejemplo, Rainforest Rescue y Greenpeace, critican el cultivo de plantas utilizadas para la producción de biodiesel, por ejemplo, aceite de palma, soja y caña de azúcar. Dicen que la deforestación de las selvas tropicales exacerba el cambio climático y que los ecosistemas sensibles se destruyen para despejar la tierra para las plantaciones de palma aceitera, soja y caña de azúcar. Además, los biocombustibles contribuyen al hambre en el mundo, ya que la tierra cultivable ya no se usa para cultivar alimentos. La Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) publicó datos en enero de 2012, que muestran que los biocombustibles hechos de aceite de palma no contarán para el mandato de combustibles renovables del país ya que no son amigables con el clima. Los ambientalistas aplauden la conclusión porque el crecimiento de las plantaciones de palma aceitera ha impulsado la deforestación tropical, por ejemplo, en Indonesia y Malasia.
Comida, tierra y agua vs. combustible.
En algunos países pobres, el aumento del precio del aceite vegetal está causando problemas. Algunos proponen que el combustible solo se haga con aceites vegetales no comestibles, como la camelina, la jatrofa o la malva costera, que pueden prosperar en tierras agrícolas marginales donde muchos árboles y cultivos no crecerán o producirían solo rendimientos bajos.
Otros argumentan que el problema es más fundamental. Los agricultores pueden pasar de producir cultivos alimenticios a producir biocombustibles para ganar más dinero, incluso si los nuevos cultivos no son comestibles. La ley de la oferta y la demanda predice que si menos agricultores producen alimentos, el precio de los alimentos aumentará. Puede tomar algún tiempo, ya que los agricultores pueden tomar algún tiempo para cambiar las cosas que están creciendo, pero es probable que el aumento de la demanda de biocombustibles de primera generación resulte en aumentos de precios para muchos tipos de alimentos. Algunos han señalado que hay agricultores pobres y países pobres que están ganando más dinero debido al mayor precio del aceite vegetal.
El biodiesel proveniente de algas marinas no necesariamente desplazaría las tierras terrestres actualmente utilizadas para la producción de alimentos y se podrían crear nuevos empleos en algacultura.
En comparación, cabe mencionar que la producción de biogás utiliza residuos agrícolas para generar un biocombustible conocido como biogás, y también produce compost, lo que mejora la agricultura, la sostenibilidad y la producción de alimentos.
La investigación actual
Hay investigaciones en curso para encontrar cultivos más adecuados y mejorar el rendimiento del petróleo. Otras fuentes son posibles, incluida la materia fecal humana, con Ghana construyendo su primera «planta de biodiesel alimentado con lodo fecal». Usando los rendimientos actuales, se necesitarían vastas cantidades de tierra y agua dulce para producir suficiente petróleo para reemplazar completamente el uso de combustibles fósiles. Requeriría que el doble del área de tierra de los Estados Unidos se dedique a la producción de soja, o que dos tercios se dediquen a la producción de colza, para satisfacer las necesidades actuales de calefacción y transporte de los Estados Unidos.
Las variedades de mostaza especialmente criadas pueden producir rendimientos de aceite razonablemente altos y son muy útiles en la rotación de cultivos con cereales, y tienen el beneficio adicional de que la comida sobrante después de que el aceite haya sido extraído puede actuar como un pesticida eficaz y biodegradable.
El NFESC, con Biodiesel Industries, con sede en Santa Bárbara, está trabajando para desarrollar tecnologías de biodiesel para la marina y el ejército de los EE. UU., Uno de los mayores usuarios de combustible diesel del mundo.
Un grupo de desarrolladores españoles que trabajan para una empresa llamada Ecofasa anunció un nuevo biocombustible hecho de basura. El combustible se crea a partir de desechos urbanos generales que son tratados por bacterias para producir ácidos grasos, que pueden usarse para producir biodiesel.
Otro enfoque que no requiere el uso de productos químicos para la producción implica el uso de microbios modificados genéticamente.
Biodiesel de algas
De 1978 a 1996, el NREL de EE. UU. Experimentó con el uso de algas como fuente de biodiesel en el «Programa de especies acuáticas». Un artículo auto publicado por Michael Briggs, en UNH Biodiesel Group, ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todo el combustible vehicular con biodiesel utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50%, que Briggs sugiere que se puede cultivar en estanques de algas. en plantas de tratamiento de aguas residuales. Estas algas ricas en aceite pueden luego extraerse del sistema y procesarse para obtener biodiesel, y el resto seco se puede volver a procesar para crear etanol.
La producción de algas para recoger aceite para biodiesel aún no se ha realizado a escala comercial, pero se han realizado estudios de factibilidad para llegar a la estimación del rendimiento anterior. Además de su alto rendimiento proyectado, la algacultura, a diferencia de los biocombustibles basados en cultivos, no implica una disminución en la producción de alimentos, ya que no requiere tierras de cultivo ni agua dulce. Muchas empresas están buscando bio-reactores de algas para diversos propósitos, incluyendo el aumento de la producción de biodiesel a niveles comerciales.
El profesor Rodrigo E. Teixeira de la Universidad de Alabama en Huntsville demostró la extracción de lípidos de biodiesel de algas húmedas mediante una reacción simple y económica en líquidos iónicos.
Pongamia
Millettia pinnata, también conocida como Pongam Oiltree o Pongamia, es un árbol leguminoso con semillas oleaginosas que se ha identificado como candidato para la producción de aceite vegetal no comestible.
Las plantaciones de Pongamia para la producción de biodiesel tienen un doble beneficio ambiental. Los árboles almacenan carbono y producen fuel oil. Pongamia crece en tierras marginales no aptas para cultivos alimentarios y no requiere fertilizantes con nitratos. El árbol productor de aceite tiene el mayor rendimiento de la planta productora de aceite (aproximadamente el 40% en peso de la semilla es aceite) mientras crece en suelos desnutridos con altos niveles de sal. Se está convirtiendo en un foco principal en una serie de organizaciones de investigación de biodiesel. Las principales ventajas de Pongamia son una mayor recuperación y calidad del aceite que otros cultivos y no una competencia directa con los cultivos alimentarios. Sin embargo, el crecimiento en tierras marginales puede llevar a menores rendimientos de petróleo, lo que podría provocar la competencia con los cultivos alimentarios por un mejor suelo.
Jatropha
Varios grupos en diversos sectores están llevando a cabo investigaciones sobre Jatropha curcas, un árbol parecido a un arbusto venenoso que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de aceite de materia prima de biodiesel. Gran parte de esta investigación se centra en mejorar el rendimiento total de aceite por acre de Jatropha a través de los avances en genética, ciencias del suelo y prácticas hortícolas.
SG Biofuels, un desarrollador de Jatropha con sede en San Diego, ha utilizado el mejoramiento molecular y la biotecnología para producir semillas híbridas de élite de Jatropha que muestran mejoras significativas en el rendimiento en comparación con las variedades de primera generación. SG Biofuels también afirma que han surgido beneficios adicionales de tales cepas, incluida la mejora de la sincronicidad de la floración, una mayor resistencia a las plagas y enfermedades, y una mayor tolerancia al clima frío.
Plant Research International, un departamento de la Universidad de Wageningen y el Centro de Investigación en los Países Bajos, mantiene un Proyecto de Evaluación de Jatropha (JEP) en curso que examina la viabilidad del cultivo de Jatropha a gran escala a través de experimentos de campo y de laboratorio.
El Centro para la Agricultura de Energía Sostenible (CfSEF) es una organización de investigación sin fines de lucro con sede en Los Ángeles dedicada a la investigación de Jatropha en las áreas de ciencia de las plantas, agronomía y horticultura. Se proyecta que la exploración exitosa de estas disciplinas aumentará los rendimientos de la producción de la granja Jatropha en un 200–300% en los próximos diez años.
Los hongos
Un grupo de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú publicó un artículo en septiembre de 2008, que afirmaba que habían aislado grandes cantidades de lípidos de hongos unicelulares y lo habían convertido en biodiesel de una manera económicamente eficiente. Más investigación sobre esta especie de hongos; Cunninghamella japonica, y otros, es probable que aparezca en un futuro próximo.
El reciente descubrimiento de una variante del hongo Gliocladium roseum apunta hacia la producción del llamado myco-diesel a partir de celulosa. Este organismo se descubrió recientemente en las selvas tropicales de la Patagonia septentrional y tiene la capacidad única de convertir la celulosa en hidrocarburos de longitud media que generalmente se encuentran en el combustible diesel.
Biodiesel de café molido usado
Investigadores de la Universidad de Nevada, Reno, han producido con éxito biodiesel a partir de aceite derivado de café molido usado. Su análisis de los suelos usados mostró un contenido de aceite de 10% a 15% (en peso). Una vez que se extrajo el aceite, se sometió a un procesamiento convencional en biodiesel. Se estima que el biodiesel terminado podría producirse en aproximadamente un dólar estadounidense por galón. Además, se informó que «la técnica no es difícil» y que «hay tanto café alrededor que potencialmente se pueden hacer varios cientos de millones de galones de biodiesel al año». Sin embargo, incluso si todos los posos de café del mundo se usaran para producir combustible, la cantidad producida sería menos del 1 por ciento del diésel que se usa anualmente en los Estados Unidos. «No resolverá el problema energético del mundo», dijo el Dr. Misra sobre su trabajo.
Fuentes exoticas
Recientemente, la grasa de cocodrilo fue identificada como una fuente para producir biodiesel. Cada año, aproximadamente 15 millones de libras de grasa de cocodrilo se desechan en vertederos como un subproducto de desecho de la industria de carne y piel de caimán. Los estudios han demostrado que el biodiesel producido a partir de la grasa de cocodrilo es similar en composición al biodiesel creado a partir de la soja, y es más barato refinarlo, ya que es principalmente un producto de desecho.
Biodiesel para energía de celdas de hidrógeno.
Se ha desarrollado un microrreactor para convertir el biodiesel en vapor de hidrógeno para alimentar las celdas de combustible.
El reformado con vapor, también conocido como reformado de combustibles fósiles, es un proceso que produce gas hidrógeno a partir de combustibles de hidrocarburos, especialmente biodiesel debido a su eficiencia. Un ** microrreactor **, o reformador, es el dispositivo de procesamiento en el cual el vapor de agua reacciona con el combustible líquido a alta temperatura y presión. Bajo temperaturas que oscilan entre 700 y 1100 ° C, un catalizador a base de níquel permite la producción de monóxido de carbono e hidrógeno:
Hidrocarburo + H2O ⇌ CO + 3 H2 (Altamente endotérmico)
Además, se puede aprovechar un mayor rendimiento de hidrógeno gas mediante la oxidación adicional de monóxido de carbono para producir más hidrógeno y dióxido de carbono:
CO + H2O → CO2 + H2 (ligeramente exotérmico)
Información de fondo de las células de combustible de hidrógeno
Las pilas de combustible funcionan de manera similar a una batería, ya que la electricidad se obtiene de las reacciones químicas. La diferencia en las celdas de combustible en comparación con las baterías es su capacidad para ser alimentadas por el flujo constante de hidrógeno que se encuentra en la atmósfera. Además, solo producen agua como subproducto y son prácticamente silenciosos. La desventaja de las células de combustible impulsadas por hidrógeno es el alto costo y los peligros de almacenar hidrógeno altamente combustible a presión.
Una forma en que los nuevos procesadores pueden superar los peligros del transporte de hidrógeno es producirlo según sea necesario. Los microrreactores se pueden unir para crear un sistema que calienta el hidrocarburo a alta presión para generar gas hidrógeno y dióxido de carbono, un proceso llamado reformado con vapor. Esto produce hasta 160 galones de hidrógeno por minuto y brinda el potencial de impulsar estaciones de reabastecimiento de hidrógeno, o incluso una fuente de combustible de hidrógeno a bordo para vehículos de celda de hidrógeno. La implementación en automóviles permitiría que los combustibles ricos en energía, como el biodiésel, se transfirieran a energía cinética, evitando la combustión y los subproductos contaminantes. La pieza cuadrada de metal del tamaño de una mano contiene canales microscópicos con sitios catalíticos, que continuamente convierten el biodiésel, e incluso su subproducto de glicerol, en hidrógeno.
Preocupaciones
Desgaste del motor
La lubricación del combustible juega un papel importante en el desgaste que se produce en un motor. Un motor diesel se basa en su combustible para proporcionar lubricidad a los componentes metálicos que están en contacto constante entre sí. El biodiesel es un lubricante mucho mejor en comparación con el diesel de petróleo debido a la presencia de ésteres. Las pruebas han demostrado que la adición de una pequeña cantidad de biodiesel al diesel puede aumentar significativamente la lubricidad del combustible a corto plazo. Sin embargo, durante un período de tiempo más largo (2 a 4 años), los estudios muestran que el biodiesel pierde su lubricidad. Esto podría deberse a una mayor corrosión en el tiempo debido a la oxidación de las moléculas insaturadas o al aumento del contenido de agua en el biodiesel por la absorción de humedad.
Viscosidad del combustible
Una de las principales preocupaciones con respecto al biodiesel es su viscosidad. La viscosidad del diesel es de 2.5–3.2 cSt a 40 ° C y la viscosidad del biodiesel hecho de aceite de soja es de 4.2 a 4.6 cSt. La viscosidad del diesel debe ser lo suficientemente alta como para proporcionar suficiente lubricación para las partes del motor, pero lo suficientemente baja para fluir a Temperatura de funcionamiento. La alta viscosidad puede tapar el filtro de combustible y el sistema de inyección en los motores. El aceite vegetal está compuesto de lípidos con largas cadenas de hidrocarburos, para reducir su viscosidad, los lípidos se descomponen en moléculas más pequeñas de ésteres.Esto se hace convirtiendo el aceite vegetal y las grasas animales en ésteres alquílicos utilizando la transesterificación para reducir su viscosidad. Sin embargo, la viscosidad del biodiesel sigue siendo mayor que la del diesel, y el motor puede no ser capaz de usar el combustible a bajas temperaturas debido a la lenta circulación del líquido. El filtro de combustible.
Rendimiento de motor
El biodiesel tiene un mayor consumo de combustible específico para los frenos en comparación con el diesel, lo que significa que se requiere más consumo de combustible de biodiesel para el mismo par. Sin embargo, se ha encontrado que la mezcla de biodiesel B20 proporciona un aumento máximo en la eficiencia térmica, el menor consumo de energía específico de los frenos y menores emisiones dañinas. El rendimiento del motor depende de las propiedades del combustible, así como de la combustión, la presión del inyector y muchos otros factores. Dado que existen varias mezclas de biodiesel, esto puede explicar los informes contradictorios en cuanto al rendimiento del motor.