El aceite vegetal hidrotratado ( HVO ) es un biocombustible elaborado mediante hidrocraqueo o hidrogenación de aceite vegetal . El hidrocraqueo rompe las moléculas grandes en otras más pequeñas utilizando hidrógeno, mientras que la hidrogenación agrega hidrógeno a las moléculas. Estos métodos se pueden utilizar para crear sustitutos de la gasolina , el diésel , el propano , el queroseno y otras materias primas químicas . El combustible diésel producido a partir de estas fuentes se conoce como diésel verde o diésel renovable .
El combustible diésel creado mediante hidrotratamiento es distinto del biodiésel obtenido mediante esterificación .
La mayoría de los aceites vegetales y animales son triglicéridos , aptos para la refinación. Las materias primas de la refinería incluyen canola , algas , jatropha , salicornia , aceite de palma , sebo y soja . Un tipo de alga, Botryococcus braunii, produce un tipo diferente de aceite, conocido como triterpeno , que se transforma en alcanos mediante un proceso diferente. [ cita requerida ]
La producción de aceites vegetales hidrotratados se basa en la introducción de moléculas de hidrógeno en la molécula de grasa o aceite crudo. Este proceso está asociado con la reducción del compuesto de carbono. Cuando se utiliza hidrógeno para reaccionar con triglicéridos, pueden ocurrir diferentes tipos de reacciones y se combinan diferentes productos resultantes. [1] El segundo paso del proceso implica convertir los triglicéridos/ácidos grasos en hidrocarburos mediante hidrodesoxigenación (eliminación del oxígeno en forma de agua) y/o descarboxilación (eliminación del oxígeno en forma de dióxido de carbono).
Un ejemplo formulado de esto es C
3yo
5(RCOO)
3+ 12 horas
2⟶ C
3yo
8+ 3 RCA
3+ 6 horas
2Oh
La fórmula química del diésel HVO es C n H 2n+2
Los aceites hidrotratados se caracterizan por tener muy buenas propiedades a bajas temperaturas. El punto de enturbiamiento también se produce por debajo de los -40 °C. Por lo tanto, estos combustibles son adecuados para la preparación de combustible premium con un alto índice de cetano y excelentes propiedades a bajas temperaturas. El punto de obstrucción del filtro frío (CFPP) prácticamente corresponde al valor del punto de enturbiamiento, por lo que el valor del punto de enturbiamiento es significativo en el caso de los aceites hidrotratados. [1]
Tanto el diésel HVO (diésel verde) como el biodiésel se elaboran a partir de la misma materia prima de aceite vegetal. Sin embargo, las tecnologías de procesamiento y la composición química de los dos combustibles difieren. La reacción química que se utiliza habitualmente para producir biodiésel se conoce como transesterificación . [2]
La producción de biodiésel también produce glicerol, pero la producción de HVO no.
Neste ha publicado las diferencias entre el biodiésel y el diésel renovable (HVO) que se resumen en la siguiente tabla. [3]
En toda la industria energética se realizan diversas etapas de conversión de combustibles de hidrocarburos renovables producidos mediante hidrotratamiento. Algunos ejemplos comerciales de refinación de aceite vegetal son:
Neste es el mayor fabricante, con una producción anual de aproximadamente 3,3 millones de toneladas (2023). [8] Neste completó su primera planta NExBTL en el verano de 2007 y la segunda en 2009. Petrobras planeó utilizar 256 megalitros (1.610.000 bbl) de aceites vegetales en la producción de combustible H-Bio en 2007. ConocoPhilips está procesando 42.000 galones estadounidenses por día (1.000 bbl/d) de aceite vegetal. Otras empresas que trabajan en la comercialización e industrialización de hidrocarburos renovables y biocombustibles incluyen a Neste, REG Synthetic Fuels, LLC, ENI, UPM Biofuels, Diamond Green Diesel, en asociación con países de todo el mundo. Los fabricantes de estos diésel renovables informan de reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero del 40-90% en comparación con el diésel fósil, [9] [10] [11] así como mejores propiedades de flujo en frío para trabajar en climas más fríos. [9] Además, todos estos diésel ecológicos se pueden introducir en cualquier motor diésel o infraestructura sin muchas modificaciones mecánicas [12] en cualquier proporción con los diésel basados en petróleo. [9]
El diésel renovable a partir de aceite vegetal es un sustituto cada vez más extendido del petróleo. [13] Las flotas de California utilizaron más de 200 millones de galones estadounidenses (760 000 m 3 ) de diésel renovable en 2017. La Junta de Recursos del Aire de California predice que se consumirán más de 2000 millones de galones estadounidenses (7 600 000 m 3 ) de combustible en el estado según los requisitos de su Estándar de Combustible Bajo en Carbono en los próximos diez años. Se informa que las flotas que funcionan con diésel renovable de varias refinerías y materias primas experimentan menores emisiones, menores costos de mantenimiento y una experiencia casi idéntica al conducir con este combustible. [14]
Se han planteado varias cuestiones sobre la sostenibilidad del aceite de oliva virgen, principalmente en relación con el origen de sus materias primas lipídicas. Los aceites usados, como el aceite de cocina usado, son un recurso limitado y su uso no puede ampliarse más allá de cierto punto. La demanda adicional de aceite de oliva virgen tendría que satisfacerse con aceites vegetales vírgenes de origen agrícola, pero el desvío de aceites vegetales del mercado alimentario al sector de los biocombustibles se ha vinculado al aumento de los precios mundiales de los alimentos y a la expansión e intensificación agrícola mundial . Esto está asociado a una variedad de implicaciones ecológicas y ambientales ; además, las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas del cambio de uso de la tierra pueden, en algunas circunstancias, anular o superar cualquier beneficio derivado del desplazamiento de los combustibles fósiles. [15]
Un estudio de 2022 publicado por el Consejo Internacional de Transporte Limpio concluyó que el aumento previsto de la capacidad de diésel renovable en los EE. UU. agotaría rápidamente el suministro disponible de aceites de desecho y residuales, y dependería cada vez más del aceite de soja nacional e importado. [16] El informe también señaló que el aumento de la producción estadounidense de diésel renovable corría el riesgo de impulsar indirectamente la expansión del cultivo de aceite de palma en el sudeste asiático, donde la industria del aceite de palma todavía está asociada endémicamente con la deforestación y la destrucción de la turba.
Los hidrotratadores de refinería se utilizan para procesar HVO. La introducción de cantidades incluso mínimas de biomaterial en un hidrotratador de diésel tiene implicaciones y posibles factores de riesgo. [17] Los principales problemas son la corrosión, el alto consumo de hidrógeno y la desactivación del catalizador. [18]
Según la experiencia de Haldor Topsoe con sus unidades autorizadas, la producción de HVO plantea ciertos desafíos para los hidrotratadores, entre ellos:
Corrosión : existen varios mecanismos de corrosión derivados del hidrotratamiento de aceites vegetales y grasas animales. La mayoría son ácidos, aunque esto se atenúa al estar unidos a tri y diglicéridos. Sin embargo, las materias primas difíciles como el aceite de maíz de destilería pueden contener entre un 10 y un 15 % de ácidos grasos libres . [19] Estos ácidos pueden atacar a los aceros no inoxidables en el tren de precalentamiento, el calentador encendido, las tuberías, las válvulas y los reactores. Además, los cloruros que contaminan las materias primas pueden convertirse en cloruro de hidrógeno en el reactor, lo que puede provocar una corrosión acelerada en las líneas de efluentes y en el agua agria. La presencia de cloruros en un entorno húmedo también es problemática para los grados comunes de acero inoxidable 304 y 316 debido al potencial de agrietamiento por cloruro por tensión intergranular. [20] Además, la formación de dióxido de carbono a partir de reacciones de descarboxilación durante el hidrotratamiento puede formar ácido carbónico cuando entra en contacto con el agua. [18]
Consumo de hidrógeno : la eliminación de oxígeno, el craqueo de moléculas de cadena larga y la saturación de enlaces olefínicos consumirán químicamente entre dos y cuatro veces más hidrógeno que un hidrotratador ULSD convencional. El consumo químico de hidrógeno del hidrotratamiento ULSD es típicamente de 300 a 600 scf/bbl de alimentación, dependiendo de la saturación aromática requerida para los aceites de ciclo y otras materias primas craqueadas. [21] El consumo químico para HVO se acerca a 2500 scf/bbl dependiendo del nivel de saturación de la materia prima y la longitud de las cadenas de carbono. [18] El suministro de hidrógeno para el consumo, además del enfriamiento y el exceso adicional de hidrógeno circulante, puede plantear desafíos significativos para el diseño y la operación de modernización de la unidad, siendo críticos la hidráulica, la distribución y la potencia del compresor. [22]
Ensuciamiento : los metales alcalinos y, especialmente, el fósforo deben mantenerse bajos en las materias primas de HVO para minimizar la caída de presión debido al ensuciamiento y la desactivación general del catalizador. La formación de vidrio fosfatídico es un mecanismo agresivo de envenenamiento del catalizador que no solo taponará los espacios porosos de un reactor, lo que provocará una rápida caída de presión, sino que también interferirá con los sitios ácidos del catalizador al recubrir el exterior del catalizador y comenzar a adherirse a otras partículas del catalizador. [18]
El procesamiento de HVO es una tecnología joven en comparación con la mayoría de los demás procesos de refinación. La primera unidad a escala comercial se puso en marcha en Luisiana en 2010 con una capacidad de 100 millones de galones estadounidenses (380.000 m3 ) por año. [23]
En 2010, Syntroleum Corporation y su socio de empresa conjunta Tyson Foods construyeron una nueva planta en Geismar, LA . [24] La planta inició su puesta en marcha en el tercer trimestre con un objetivo de 75 millones de galones estadounidenses (280.000 m3 ) por año. [25] La materia prima para la planta era aceite vegetal y grasa de ave de corral pretratada. El sitio alcanzó el 87% de su capacidad de diseño en 2011. [26] La corrosión, incluida la corrosión por tensión vinculada al cloruro, cerró la planta en 2012 durante más de un año. [27] Tyson vendió su 50% de propiedad a Renewable Energy Group (ahora Chevron) y la compra de acciones de Syntroleum fue anunciada por el mismo comprador en 2013 y el cierre se produjo en 2014. [28] En 2015, dos incendios causaron daños a la planta y se produjeron daños importantes. [29]