.JPG/1280px-R%C3%A9giolis_Granville-Paris_en_gare_d'Argentan_(ao%C3%BBt_2019).JPG)
El biodiesel es un biocombustible renovable , una forma de combustible diesel , derivado de fuentes biológicas como aceites vegetales, grasas animales o grasas recicladas, y que consta de ésteres de ácidos grasos de cadena larga . Por lo general, está elaborado a partir de grasas. [1] [2]
Los orígenes del biodiesel como fuente de combustible se remontan a cuando J. Patrick y E. Duffy realizaron por primera vez la transesterificación de aceite vegetal en 1853, antes del desarrollo del motor diésel por parte de Rudolf Diesel [3] . El motor diésel, inicialmente diseñado para aceite mineral, funcionó con éxito con aceite de maní en la Exposición de París de 1900 . Este evento histórico destacó el potencial de los aceites vegetales como fuente de combustible alternativa. El interés en utilizar aceites vegetales como combustible resurgió periódicamente, particularmente durante períodos de recursos limitados, como la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, desafíos como la alta viscosidad y los depósitos resultantes en el motor fueron obstáculos importantes. La forma moderna de biodiesel surgió en la década de 1930, cuando se encontró un método para transformar aceites vegetales para uso como combustible, sentando las bases para la producción contemporánea de biodiesel.
Las propiedades físicas y químicas del biodiesel varían según su fuente y método de producción. La Junta Nacional de Biodiesel de EE. UU. define "biodiesel" como un éster monoalquílico. [4] Se ha experimentado con locomotoras ferroviarias y generadores de energía. Generalmente caracterizado por un punto de ebullición y un punto de inflamación más altos que el petrodiesel, el biodiesel es ligeramente miscible con agua y tiene distintas propiedades lubricantes. Su poder calorífico es aproximadamente un 9% inferior al del diésel estándar, lo que repercute en la eficiencia del combustible . La producción de biodiesel ha evolucionado significativamente, desde los primeros métodos que incluían el uso directo de aceites vegetales hasta procesos más avanzados como la transesterificación, que reduce la viscosidad y mejora las propiedades de combustión. En particular, la producción de biodiesel genera glicerol como subproducto, que tiene sus propias aplicaciones comerciales.
La principal aplicación del biodiesel es el transporte. Se han realizado esfuerzos para convertirlo en un biocombustible directo , es decir, compatible con los motores diésel y la infraestructura de distribución existentes. Sin embargo, normalmente se mezcla con petrodiésel , normalmente en menos del 10%, ya que la mayoría de los motores no pueden funcionar con biodiésel puro sin modificaciones. [5] [6] El porcentaje de mezcla de biodiesel se indica mediante un factor "B". B100 representa biodiesel puro, mientras que mezclas como B20 contienen un 20% de biodiesel y el resto es petrodiesel tradicional. Estas mezclas ofrecen un compromiso entre los beneficios ambientales del biodiesel y las características de rendimiento del combustible diesel estándar. Las mezclas de biodiesel se pueden utilizar como combustible para calefacción .
El impacto ambiental del biodiesel es complejo y varía según factores como el tipo de materia prima, los cambios en el uso de la tierra y los métodos de producción. Si bien puede reducir potencialmente las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con los combustibles fósiles, las preocupaciones sobre el biodiesel incluyen cambios en el uso de la tierra, la deforestación y el debate entre alimentos y combustibles. El debate se centra en el impacto de la producción de biodiesel en los precios y la disponibilidad de los alimentos, así como en su huella de carbono general. A pesar de estos desafíos, el biodiesel sigue siendo un componente clave en la estrategia global para reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mitigar los impactos del cambio climático.
Las mezclas de biodiesel y diesel convencional a base de hidrocarburos se distribuyen más comúnmente para su uso en el mercado minorista de combustible diesel. Gran parte del mundo utiliza un sistema conocido como factor "B" para indicar la cantidad de biodiesel en cualquier mezcla de combustible: [7]
Se pueden utilizar mezclas de 20% de biodiésel o menos en equipos diésel sin modificaciones o con modificaciones menores, [8] aunque ciertos fabricantes no extienden la cobertura de la garantía si estas mezclas dañan el equipo. Las mezclas B6 a B20 están cubiertas por la especificación ASTM D7467. [9] El biodiesel también se puede utilizar en su forma pura (B100), pero puede requerir ciertas modificaciones en el motor para evitar problemas de mantenimiento y rendimiento. [10] La mezcla de B100 con diésel de petróleo se puede lograr mediante:
La transesterificación de un aceite vegetal fue realizada ya en 1853 por Patrick Duffy, cuatro décadas antes de que el primer motor diésel entrara en funcionamiento. [11] [12] Los procesos anteriores para fabricar aceite para lámparas fueron patentados (1810, Praga) pero no se publicaron en publicaciones revisadas por pares. El modelo principal de Rudolf Diesel , un solo cilindro de hierro de 3,05 m (10 pies) con un volante en su base, funcionó con su propia energía por primera vez en Augsburgo , Alemania, el 10 de agosto de 1893, funcionando únicamente con aceite de maní . En recuerdo de este acontecimiento, el 10 de agosto ha sido declarado "Día Internacional del Biodiesel". [13]
A menudo se dice que Diesel diseñó su motor para funcionar con aceite de maní, pero no es así. Diesel declaró en sus artículos publicados, "en la Exposición de París de 1900 ( Exposición Universal ), la Compañía Otto mostró un pequeño motor Diesel que, a petición del gobierno francés, funcionaba con arachida (nuez de tierra o maní). ) (ver biodiesel), y funcionaba tan suavemente que sólo unas pocas personas lo sabían. El motor fue construido para usar aceite mineral, y luego fue trabajado con aceite vegetal sin ninguna modificación. El gobierno francés en ese momento pensó de probar la aplicabilidad a la producción de energía de la Arachide, o nuez de tierra, que crece en cantidades considerables en sus colonias africanas y puede cultivarse fácilmente allí ". El propio Diesel realizó posteriormente pruebas relacionadas y pareció apoyar la idea. [14] En un discurso de 1912, Diesel dijo: "El uso de aceites vegetales como combustible para motores puede parecer insignificante hoy en día, pero dichos aceites pueden llegar a ser, con el tiempo, tan importantes como el petróleo y los productos de alquitrán de hulla de la actualidad. "
A pesar del uso generalizado de combustibles diesel derivados del petróleo, durante las décadas de 1920 y 1930 y más tarde durante la Segunda Guerra Mundial se informó en varios países del interés en los aceites vegetales como combustibles para motores de combustión interna. Se informó que Bélgica , Francia, Italia, el Reino Unido, Portugal , Alemania, Brasil , Argentina , Japón y China habían probado y utilizado aceites vegetales como combustibles diesel durante este tiempo. Se informaron algunos problemas operativos debido a la alta viscosidad de los aceites vegetales en comparación con el combustible diesel de petróleo, lo que resulta en una mala atomización del combustible en el rociador de combustible y a menudo conduce a depósitos y coque en los inyectores, la cámara de combustión y las válvulas. Los intentos de superar estos problemas incluyeron calentar el aceite vegetal, mezclarlo con combustible diesel derivado del petróleo o etanol, pirólisis y craqueo de los aceites.
El 31 de agosto de 1937, G. Chavanne de la Universidad de Bruselas (Bélgica) obtuvo una patente para un "Procedimiento para la transformación de aceites vegetales para su uso como combustibles" (fr. "Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization comme Carburants ") Patente belga 422.877. Esta patente describe la alcohólisis (a menudo denominada transesterificación) de aceites vegetales utilizando etanol (y menciona metanol) para separar los ácidos grasos del glicerol reemplazando el glicerol con alcoholes lineales cortos. Este parece ser el primer relato de la producción de lo que hoy se conoce como "biodiesel". [15] Esto es similar (copia) a los métodos patentados utilizados en el siglo XVIII para fabricar aceite para lámparas, y puede estar inspirado en algunas lámparas de aceite antiguas e históricas, en algunos lugares.
Más recientemente, en 1977, el científico brasileño Expedito Parente inventó y presentó para patente el primer proceso industrial para la producción de biodiesel. [16] Este proceso está clasificado como biodiesel por las normas internacionales, lo que le confiere una "identidad y calidad estandarizadas. Ningún otro biocombustible propuesto ha sido validado por la industria del motor". [17] Desde 2010, la empresa de Parente, Tecbio , está trabajando con Boeing y la NASA para certificar el bioqueroseno (bioqueroseno), otro producto producido y patentado por el científico brasileño. [18]
La investigación sobre el uso de aceite de girasol transesterificado y su refinación según los estándares de combustible diesel se inició en Sudáfrica en 1979. En 1983, el proceso para producir biodiesel de calidad de combustible y probado en motores se completó y se publicó internacionalmente. [19] Una empresa austriaca, Gaskoks, obtuvo la tecnología de los ingenieros agrícolas sudafricanos; la empresa construyó la primera planta piloto de biodiesel en noviembre de 1987 y la primera planta a escala industrial en abril de 1989 (con una capacidad de 30.000 toneladas de colza al año).
A lo largo de la década de 1990, se abrieron plantas en muchos países europeos, incluidos la República Checa , Alemania y Suecia . Francia inició la producción local de combustible biodiésel (denominado diéster ) a partir de aceite de colza, que se mezcla con el combustible diésel normal en un nivel del 5%, y con el combustible diésel utilizado por algunas flotas cautivas (por ejemplo, el transporte público ) en un nivel del 30%. Renault , Peugeot y otros fabricantes tienen motores de camiones certificados para su uso con hasta ese nivel de biodiesel parcial; Se están realizando experimentos con un 50% de biodiesel. Durante el mismo período, naciones de otras partes del mundo también vieron comenzar la producción local de biodiesel: en 1998, el Instituto Austriaco de Biocombustibles había identificado 21 países con proyectos comerciales de biodiesel. El biodiésel 100% ya está disponible en muchas estaciones de servicio habituales de toda Europa.
El color del biodiesel varía de claro a dorado y marrón oscuro, según el método de producción y la materia prima utilizada para fabricar el combustible. Esto también cambia las propiedades del combustible resultante. [20] En general, el biodiesel es ligeramente miscible con agua, tiene un alto punto de ebullición y una baja presión de vapor . El punto de inflamación del biodiesel puede exceder los 130 °C (266 °F), [21] significativamente más alto que el del diésel de petróleo, que puede ser tan bajo como 52 °C (126 °F). [22] [23] El biodiesel tiene una densidad de alrededor de ~0,88 g/cm 3 , mayor que la del petrodiesel (~0,85 g/cm 3 ). [22] [23]
El poder calorífico del biodiesel es de aproximadamente 37,27 MJ/kg. [24] Esto es un 9% menos que el petrodiésel número 2 normal. Las variaciones en la densidad energética del biodiesel dependen más de la materia prima utilizada que del proceso de producción. Aún así, estas variaciones son menores que para el petrodiesel. [25] Se ha afirmado que el biodiesel proporciona una mejor lubricidad y una combustión más completa, aumentando así la producción de energía del motor y compensando parcialmente la mayor densidad de energía del petrodiesel. [26]
El biodiésel tampoco contiene prácticamente azufre [27] y, aunque carece de los compuestos de azufre que en el petrodiésel proporcionan gran parte de la lubricidad, tiene propiedades lubricantes y índices de cetano prometedores en comparación con los combustibles diésel con bajo contenido de azufre y, a menudo, sirve como aditivo para el diésel con contenido ultra bajo de azufre. (ULSD) para ayudar con la lubricación. [28] Los combustibles biodiesel con mayor lubricidad pueden aumentar la vida útil de los equipos de inyección de combustible de alta presión que dependen del combustible para su lubricación. Dependiendo del motor, esto podría incluir bombas de inyección de alta presión, inyectores de bomba (también llamados inyectores unitarios ) e inyectores de combustible .
El biodiesel se puede utilizar en forma pura (B100) o se puede mezclar con diésel de petróleo en cualquier concentración en la mayoría de los motores diésel con bomba de inyección. Los nuevos motores common rail de presión extremadamente alta (29 000 psi) tienen límites estrictos de fábrica de B5 o B20, según el fabricante. [29] El biodiésel tiene propiedades disolventes diferentes a las del petrodiésel y degradará las juntas y mangueras de caucho natural de los vehículos (principalmente vehículos fabricados antes de 1992), aunque estas tienden a desgastarse de forma natural y lo más probable es que ya hayan sido reemplazadas por FKM , que no es reactivo. al biodiésel. Se sabe que el biodiesel descompone los depósitos de residuos en las líneas de combustible donde se ha utilizado petrodiesel. [30] Como resultado, los filtros de combustible pueden obstruirse con partículas si se realiza una transición rápida al biodiesel puro. Por lo tanto, se recomienda cambiar los filtros de combustible de los motores y calentadores poco después de cambiar por primera vez a una mezcla de biodiesel. [31]
Desde la aprobación de la Ley de Política Energética de 2005 , el uso de biodiesel ha ido aumentando en Estados Unidos. [32] En el Reino Unido, la Obligación de Combustible de Transporte Renovable obliga a los proveedores a incluir un 5% de combustible renovable en todo el combustible de transporte vendido en el Reino Unido para 2010. Para el diésel de carretera, esto significa efectivamente un 5% de biodiesel (B5).
En 2005, Chrysler (entonces parte de DaimlerChrysler) lanzó los motores diésel Jeep Liberty CRD de fábrica al mercado europeo con mezclas de biodiésel al 5%, lo que indica una aceptación al menos parcial del biodiésel como aditivo aceptable para el combustible diésel. [33] En 2007, DaimlerChrysler indicó su intención de aumentar la cobertura de la garantía al 20% de mezclas de biodiesel si se puede estandarizar la calidad del biocombustible en los Estados Unidos. [34]
El Grupo Volkswagen ha emitido un comunicado indicando que varios de sus vehículos son compatibles con B5 y B100 elaborados a partir de aceite de colza y compatibles con la norma EN 14214 . El uso del tipo de biodiesel especificado en sus vehículos no anulará ninguna garantía. [35]
Mercedes-Benz no permite combustibles diésel que contengan más del 5% de biodiésel (B5) debido a preocupaciones sobre "deficiencias de producción". [36] Cualquier daño causado por el uso de dichos combustibles no aprobados no estará cubierto por la Garantía Limitada de Mercedes-Benz.
A partir de 2004, la ciudad de Halifax, Nueva Escocia, decidió actualizar su sistema de autobuses para permitir que la flota de autobuses urbanos funcionara íntegramente con biodiesel a base de aceite de pescado. Esto causó a la ciudad algunos problemas mecánicos iniciales, pero después de varios años de refinamiento, toda la flota se convirtió con éxito. [37] [38] [39]
En 2007, McDonald's del Reino Unido anunció que comenzaría a producir biodiesel a partir del subproducto del aceite usado de sus restaurantes. Este combustible se utilizaría para hacer funcionar su flota. [40]
El Chevy Cruze Clean Turbo Diesel 2014, directo de fábrica, tendrá una clasificación de compatibilidad con biodiésel hasta B20 (mezcla de 20% biodiesel / 80% diesel regular) [41]
La empresa operadora de trenes británica Virgin Trains West Coast afirmó haber operado el primer "tren de biodiesel" del Reino Unido, cuando se convirtió un Clase 220 para funcionar con 80% de petrodiesel y 20% de biodiesel. [42] [43]
El 15 de septiembre de 2007, el Royal Train británico completó su primer viaje con combustible 100% biodiesel suministrado por Green Fuels Ltd. El príncipe Carlos y el director general de Green Fuels, James Hygate, fueron los primeros pasajeros de un tren alimentado exclusivamente con combustible biodiesel. Desde 2007, el Tren Real funciona con éxito con B100 (100% biodiésel). [44] Un libro blanco del gobierno también propuso convertir grandes porciones de los ferrocarriles del Reino Unido al biodiesel, pero la propuesta fue posteriormente abandonada a favor de una mayor electrificación. [45]
De manera similar, un ferrocarril estatal de línea corta en el este de Washington realizó una prueba de una mezcla de 25% de biodiesel y 75% de petrodiesel durante el verano de 2008, comprando combustible a un productor de biodiesel ubicado a lo largo de las vías del ferrocarril. [46] El tren será propulsado por biodiesel elaborado en parte a partir de canola cultivada en las regiones agrícolas por las que discurre la línea corta.
También en 2007, Disneyland comenzó a utilizar los trenes del parque con B98 (98% biodiesel). El programa se suspendió en 2008 debido a problemas de almacenamiento, pero en enero de 2009 se anunció que el parque haría funcionar todos los trenes con biodiesel fabricado a partir de sus propios aceites de cocina usados. Este es un cambio respecto a hacer funcionar los trenes con biodiesel a base de soja. [47]
En 2007, el histórico Mt. Washington Cog Railway añadió la primera locomotora de biodiesel a su flota de locomotoras totalmente de vapor. La flota ha subido las laderas occidentales del Monte Washington en New Hampshire desde 1868 con un ascenso vertical máximo de 37,4 grados. [48]
El 8 de julio de 2014, [49] el entonces Ministro de Ferrocarriles de la India, DV Sadananda Gowda, anunció en Railway Budget que se utilizará un 5% de biodiésel en los motores diésel de los Ferrocarriles de la India. [50]
El biodiésel también se puede utilizar como combustible para calefacción en calderas domésticas y comerciales, una mezcla de gasóleo para calefacción y biocombustible que está estandarizada y gravada de forma ligeramente diferente al combustible diésel utilizado para el transporte. El combustible de biocalentamiento es una mezcla patentada de biodiesel y combustible para calefacción tradicional. Bioheat es una marca registrada de la National Biodiesel Board [NBB] y la National Oilheat Research Alliance [NORA] en los Estados Unidos, y de Columbia Fuels en Canadá. [51] El biodiesel para calefacción está disponible en varias mezclas. La norma ASTM 396 reconoce mezclas de hasta un 5 por ciento de biodiesel como equivalentes al combustible puro de petróleo para calefacción. Muchos consumidores utilizan mezclas de niveles más altos de hasta un 20% de biocombustible. Se están realizando investigaciones para determinar si dichas mezclas afectan el rendimiento.
Los hornos más antiguos pueden contener piezas de caucho que se verían afectadas por las propiedades disolventes del biodiesel, pero que de otro modo pueden quemar biodiesel sin necesidad de conversión. Se debe tener cuidado, dado que los barnices que deja el petrodiesel se liberarán y pueden obstruir las tuberías; es necesario filtrar el combustible y reemplazar el filtro rápidamente. Otro enfoque es comenzar a usar biodiesel como mezcla, y disminuir la proporción de petróleo con el tiempo puede permitir que los barnices se desprendan más gradualmente y sea menos probable que se obstruyan. Debido a las fuertes propiedades disolventes del biodiesel, el horno se limpia y, en general, se vuelve más eficiente. [52]
Una ley aprobada bajo el gobernador de Massachusetts, Deval Patrick, exige que todo el diésel para calefacción doméstica en ese estado tenga un 2% de biocombustible para el 1 de julio de 2010 y un 5% de biocombustible para 2013. [53] La ciudad de Nueva York aprobó una ley similar.
Dado que entre el 80% y el 90% de los costos de los derrames de petróleo se invierten en la limpieza de las costas, existe una búsqueda de métodos más eficientes y rentables para extraer los derrames de petróleo de las costas. [54] El biodiesel ha demostrado su capacidad para disolver significativamente el petróleo crudo, dependiendo de la fuente de los ácidos grasos. En un laboratorio, se rociaron sedimentos petrolíferos que simulaban costas contaminadas con una sola capa de biodiesel y se expusieron a mareas simuladas. [55] El biodiesel es un solvente eficaz para el petróleo debido a su componente éster metílico, que reduce considerablemente la viscosidad del petróleo crudo. Además, tiene una mayor flotabilidad que el petróleo crudo, lo que posteriormente ayuda a su eliminación. Como resultado, se eliminó el 80% del petróleo de los cantos rodados y la arena fina, el 50% de la arena gruesa y el 30% de la grava. Una vez que el petróleo se libera de la costa, la mezcla de petróleo y biodiesel se retira manualmente de la superficie del agua con espumaderas. Cualquier mezcla restante se descompone fácilmente debido a la alta biodegradabilidad del biodiesel y a la mayor exposición de la superficie de la mezcla.
En 2001, UC Riverside instaló un sistema de energía de respaldo de 6 megavatios que funciona enteramente con biodiesel. Los generadores de respaldo alimentados con diésel permiten a las empresas evitar apagones dañinos en operaciones críticas a expensas de altas tasas de contaminación y emisiones. Al utilizar B100, estos generadores pudieron eliminar esencialmente los subproductos que resultan en emisiones de smog, ozono y azufre. [56] El uso de estos generadores en áreas residenciales alrededor de escuelas, hospitales y el público en general da como resultado reducciones sustanciales en el monóxido de carbono venenoso y las partículas. [57]
La producción de energía del biodiesel depende de su mezcla, calidad y condiciones de carga bajo las cuales se quema el combustible. La eficiencia térmica, por ejemplo, del B100 en comparación con el B20 variará debido al diferente contenido energético de las distintas mezclas. La eficiencia térmica de un combustible se basa en parte en sus características tales como: viscosidad , densidad específica y punto de inflamación ; Estas características cambiarán a medida que varíen las mezclas y la calidad del biodiesel. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales ha establecido estándares para juzgar la calidad de una muestra de combustible determinada. [58]
Un estudio encontró que la eficiencia térmica de los frenos del B40 era superior a la de su contraparte tradicional de petróleo en relaciones de compresión más altas (esta mayor eficiencia térmica de los frenos se registró en relaciones de compresión de 21:1). Se observó que, a medida que aumentaban las relaciones de compresión, aumentaba la eficiencia de todos los tipos de combustible, así como de las mezclas que se estaban probando; aunque se descubrió que una mezcla de B40 era la más económica con una relación de compresión de 21:1 sobre todas las demás mezclas. El estudio implicó que este aumento en la eficiencia se debía a la densidad del combustible, la viscosidad y el poder calorífico de los combustibles. [59]
Los sistemas de combustible de algunos motores diésel modernos no fueron diseñados para admitir biodiésel, mientras que muchos motores de servicio pesado pueden funcionar con mezclas de biodiésel hasta B20. [5] Los sistemas de combustible de inyección directa tradicionales funcionan a aproximadamente 3000 psi en la punta del inyector, mientras que el moderno sistema de combustible common rail opera a más de 30 000 PSI en la punta del inyector. Los componentes están diseñados para funcionar en un amplio rango de temperaturas, desde temperaturas bajo cero hasta más de 560 °C (1000 °F). Se espera que el combustible diesel se queme de manera eficiente y produzca la menor cantidad de emisiones posible. A medida que se introducen normas de emisiones para los motores diésel, la necesidad de controlar las emisiones nocivas se está incorporando a los parámetros de los sistemas de combustible de los motores diésel. El sistema de inyección en línea tradicional es más indulgente con los combustibles de peor calidad que el sistema de combustible common rail. Las presiones más altas y las tolerancias más estrictas del sistema common rail permiten un mayor control sobre la atomización y el tiempo de inyección. Este control de la atomización y de la combustión permite una mayor eficiencia de los motores diésel modernos, así como un mayor control de las emisiones. Los componentes dentro de un sistema de combustible diesel interactúan con el combustible de manera que garanticen el funcionamiento eficiente del sistema de combustible y, por tanto, del motor. Si se introduce un combustible fuera de especificación en un sistema que tiene parámetros de operación específicos, entonces la integridad del sistema de combustible en general puede verse comprometida. Algunos de estos parámetros, como el patrón de pulverización y la atomización, están directamente relacionados con el tiempo de inyección. [60]
Un estudio encontró que durante la atomización, el biodiesel y sus mezclas producían gotas de mayor diámetro que las gotas producidas por el petrodiesel tradicional. Las gotas más pequeñas se atribuyeron a la menor viscosidad y tensión superficial del combustible diésel tradicional. Se encontró que las gotas en la periferia del patrón de aspersión tenían un diámetro mayor que las gotas en el centro. Esto se atribuyó a la caída de presión más rápida en el borde del patrón de aspersión; Hubo una relación proporcional entre el tamaño de la gota y la distancia desde la punta del inyector. Se encontró que B100 tenía la mayor penetración de pulverización, esto se atribuyó a la mayor densidad de B100. [61] Tener un tamaño de gota mayor puede provocar ineficiencias en la combustión, aumento de emisiones y disminución de la potencia. En otro estudio se encontró que existe un breve retraso en la inyección al inyectar biodiesel. Este retraso en la inyección se atribuyó a la mayor viscosidad del Biodiesel. Se observó que la mayor viscosidad y el mayor índice de cetano del biodiesel con respecto al petrodiesel tradicional conducen a una atomización deficiente, así como a una penetración de la mezcla con el aire durante el período de retardo de ignición. [62] Otro estudio señaló que este retraso en el encendido puede ayudar a reducir las emisiones de NO x . [63]
Las emisiones son inherentes a la combustión de combustibles diésel que están reguladas por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos ( EPA ). Como estas emisiones son un subproducto del proceso de combustión, para garantizar el cumplimiento de la EPA, un sistema de combustible debe ser capaz de controlar la combustión de combustibles, así como la mitigación de las emisiones. Se están introduciendo progresivamente una serie de nuevas tecnologías para controlar la producción de emisiones de diésel. El sistema de recirculación de gases de escape , EGR, y el filtro de partículas diésel , DPF, están diseñados para mitigar la producción de emisiones nocivas. [64]
La materia prima utilizada para fabricar el combustible biodiesel puede alterar significativamente los gases de escape resultantes y las emisiones de partículas, [65] [66] incluso cuando se mezcla con combustible diesel comercial. [67] Un estudio realizado por la Universidad Nacional de Chonbuk concluyó que una mezcla de biodiesel B30 reducía las emisiones de monóxido de carbono en aproximadamente un 83% y las emisiones de partículas en aproximadamente un 33%. Sin embargo, se encontró que las emisiones de NOx aumentaban sin la aplicación de un sistema EGR. El estudio también concluyó que, con EGR, una mezcla de biodiésel B20 reducía considerablemente las emisiones del motor. [68] Además, un análisis realizado por la Junta de Recursos del Aire de California encontró que el biodiesel tenía las emisiones de carbono más bajas de los combustibles probados, siendo los diésel con contenido ultra bajo de azufre , la gasolina, el etanol a base de maíz , el gas natural comprimido y cinco tipos de biodiesel. a partir de distintas materias primas. Sus conclusiones también mostraron una gran variación en las emisiones de carbono del biodiesel según la materia prima utilizada. De la soja , el sebo , la canola , el maíz y el aceite de cocina usado , la soja mostró las mayores emisiones de carbono, mientras que el aceite de cocina usado produjo las más bajas. [69]
Al estudiar el efecto del biodiesel en los filtros de partículas diésel , se descubrió que, aunque la presencia de carbonatos de sodio y potasio ayudó en la conversión catalítica de las cenizas, a medida que las partículas diésel son catalizadas, pueden congregarse dentro del DPF e interferir con las holguras. del filtro. [ se necesita aclaración ] Esto puede causar que el filtro se obstruya e interfiera con el proceso de regeneración. [70] En un estudio sobre el impacto de las tasas de EGR con mezclas de biodiesel de jathropa, se demostró que había una disminución en la eficiencia del combustible y la producción de torque debido al uso de biodiesel en un motor diesel diseñado con un sistema EGR. Se encontró que las emisiones de CO y CO 2 aumentaron con un aumento en la recirculación de los gases de escape pero los niveles de NO x disminuyeron. El nivel de opacidad de las mezclas de jathropa estaba en un rango aceptable, mientras que el diésel tradicional estaba fuera de los estándares aceptables. Se demostró que se podía obtener una disminución de las emisiones de Nox con un sistema EGR. Este estudio mostró una ventaja sobre el diésel tradicional dentro de un cierto rango operativo del sistema EGR. [71]
A partir de 2017, los combustibles biodiesel mezclados (especialmente B5, B8 y B20) se utilizan regularmente en muchos vehículos pesados, especialmente en los autobuses de tránsito en las ciudades de EE. UU. La caracterización de las emisiones de escape mostró reducciones significativas de las emisiones en comparación con el diésel normal. [5]
El biodiesel tiene una serie de estándares para su calidad, incluida la norma europea EN 14214 , ASTM International D6751 y la norma nacional de Canadá CAN/CGSB-3.524.
ASTM D6751 (Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales) detalla estándares y especificaciones para biodiesels mezclados con combustibles destilados medios. Esta norma de especificación especifica varios métodos de prueba que se utilizarán en la determinación de ciertas propiedades de las mezclas de biodiesel. Algunas de las pruebas mencionadas incluyen el punto de inflamación y la viscosidad cinemática.[2]
Cuando el biodiesel se enfría por debajo de cierto punto, algunas de las moléculas se agregan y forman cristales. El combustible comienza a aparecer turbio una vez que los cristales crecen más de un cuarto de las longitudes de onda de la luz visible : este es el punto de nube (CP). A medida que el combustible se enfría más, estos cristales se hacen más grandes. La temperatura más baja a la que el combustible puede pasar a través de un filtro de 45 micrómetros es el punto de obstrucción del filtro en frío (CFPP). [73] A medida que el biodiesel se enfría más, se gelificará y luego se solidificará. Dentro de Europa, existen diferencias en los requisitos del CFPP entre países. Esto se refleja en los diferentes estándares nacionales de esos países. La temperatura a la que el biodiesel puro (B100) comienza a gelificar varía significativamente y depende de la mezcla de ésteres y, por lo tanto, del aceite de materia prima utilizado para producir el biodiesel. Por ejemplo, el biodiesel producido a partir de variedades de semillas de canola (RME) con bajo contenido de ácido erúcico comienza a gelificarse a aproximadamente -10 °C (14 °F). El biodiesel producido a partir de sebo de res y aceite de palma tiende a gelificarse a alrededor de 16 °C (61 °F) y 13 °C (55 °F), respectivamente. [74] Hay una serie de aditivos disponibles comercialmente que reducirán significativamente el punto de fluidez y el punto de obstrucción del filtro frío del biodiesel puro. La operación en invierno también es posible mezclando biodiesel con otros aceites combustibles, incluido el combustible diesel #2 con bajo contenido de azufre y el diesel/ queroseno #1 .
Otro enfoque para facilitar el uso de biodiesel en condiciones frías es emplear un segundo tanque de combustible para biodiesel además del tanque de combustible diesel estándar. El segundo tanque de combustible se puede aislar y un serpentín de calentamiento que utiliza refrigerante del motor pasa a través del tanque. Los depósitos de combustible se pueden cambiar cuando el combustible esté suficientemente caliente. Se puede utilizar un método similar para operar vehículos diésel que utilizan aceite vegetal puro.
El biodiesel puede contener pequeñas pero problemáticas cantidades de agua. Aunque sólo es ligeramente miscible con agua, es higroscópico . [75] Una de las razones por las que el biodiesel puede absorber agua es la persistencia de mono y diglicéridos que quedan de una reacción incompleta. Estas moléculas pueden actuar como emulsionantes, permitiendo que el agua se mezcle con el biodiesel. [ cita necesaria ] Además, puede haber agua residual del procesamiento o resultante de la condensación del tanque de almacenamiento . La presencia de agua es un problema porque:
Anteriormente, la cantidad de agua que contaminaba el biodiesel era difícil de medir mediante la toma de muestras, ya que el agua y el aceite se separan. Sin embargo, ahora es posible medir el contenido de agua utilizando sensores de agua en aceite. [76]
La contaminación del agua también es un problema potencial cuando se utilizan ciertos catalizadores químicos involucrados en el proceso de producción, lo que reduce sustancialmente la eficiencia catalítica de los catalizadores básicos (pH alto) como el hidróxido de potasio . Sin embargo, se ha demostrado que la metodología de producción de metanol supercrítico, mediante la cual el proceso de transesterificación de la materia prima de petróleo y el metanol se realiza a alta temperatura y presión, no se ve afectada en gran medida por la presencia de contaminación del agua durante la fase de producción.
La producción mundial de biodiesel alcanzó los 3,8 millones de toneladas en 2005. Aproximadamente el 85% de la producción de biodiesel provino de la Unión Europea. [ cita necesaria ] [77]
El biodiesel se produce comúnmente mediante la transesterificación de la materia prima de aceite vegetal o grasa animal y otras materias primas no comestibles, como aceite para freír, etc. Existen varios métodos para llevar a cabo esta reacción de transesterificación, incluido el proceso por lotes común, catalizadores heterogéneos, [ 78] procesos supercríticos, 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 denominado éster metílico de ácidos grasos – FAME), ya que es el alcohol más barato disponible, aunque se puede usar etanol para producir un éster etílico (comúnmente denominado También se han utilizado biodiesel y alcoholes superiores como isopropanol y butanol . El uso de alcoholes de pesos moleculares más elevados 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) usando un catalizador ácido. Tras este procesamiento, a diferencia del aceite vegetal puro , el biodiesel tiene propiedades de combustión muy similares a las del gasóleo de petróleo, pudiendo sustituirlo en la mayoría de usos actuales.
El metanol utilizado en la mayoría de los procesos de producción de biodiesel se elabora utilizando insumos de combustibles fósiles. Sin embargo, existen fuentes de metanol renovables elaboradas utilizando dióxido de carbono o biomasa como materia prima, lo que hace que sus procesos de producción estén libres de combustibles fósiles. [79]
Un subproducto del proceso de transesterificación es la producción de glicerol . Por cada tonelada de biodiesel que se fabrica, se producen 100 kg de glicerol. Originalmente existía un mercado valioso para el glicerol, lo que contribuía a la economía del proceso en su conjunto. Sin embargo, con el aumento de la producción mundial de biodiesel, el precio de mercado de este glicerol crudo (que contiene un 20% de agua y residuos de catalizador) se ha desplomado. Se están realizando investigaciones a nivel mundial para utilizar este glicerol como componente químico (consulte el producto intermedio químico en el artículo de Wikipedia " Glicerol "). Una iniciativa en el Reino Unido es The Glycerol Challenge. [80]
Normalmente, este glicerol bruto debe purificarse, normalmente realizando una destilación al vacío. Esto requiere bastante energía. El glicerol refinado (pureza superior al 98 %) se puede utilizar directamente o convertir en otros productos. En 2007 se hicieron los siguientes anuncios: una empresa conjunta de Ashland Inc. y Cargill anunció planes para fabricar propilenglicol en Europa a partir de glicerol [81] y Dow Chemical anunció planes similares para América del Norte. [82] Dow también planea construir una planta en China para producir epiclorhidrina a partir de glicerol. [83] La epiclorhidrina es una materia prima para las resinas epoxi .
En 2007, la capacidad de producción de biodiesel estaba creciendo rápidamente, con una tasa de crecimiento anual promedio de 2002 a 2006 de más del 40%. [84] Para el año 2006, último año del que se pudieron obtener cifras reales de producción, la producción mundial total de biodiésel fue de entre 5 y 6 millones de toneladas, de las cuales 4,9 millones de toneladas se procesaron en Europa (de las cuales 2,7 millones de toneladas procedían de Alemania) y la mayor parte del resto de Estados Unidos. En 2008, sólo en Europa la producción había aumentado a 7,8 millones de toneladas. [85] En julio de 2009, se añadió un derecho al biodiésel importado de Estados Unidos en la Unión Europea para equilibrar la competencia de los productores europeos, especialmente alemanes. [86] [87] La capacidad para 2008 en Europa ascendió a 16 millones de toneladas. Esto se compara con una demanda total de diésel en Estados Unidos y Europa de aproximadamente 490 millones de toneladas (147 mil millones de galones). [88] La producción mundial total de aceite vegetal para todos los fines en 2005-2006 fue de aproximadamente 110 millones de toneladas, de las cuales aproximadamente 34 millones de toneladas fueron de aceite de palma y de aceite de soja . [89] A partir de 2018, Indonesia es el principal proveedor mundial de biocombustibles a base de aceite de palma con una producción anual de 3,5 millones de toneladas, [90] [91] y se espera que exporte alrededor de 1 millón de toneladas de biodiesel. [92]
La producción de biodiesel en Estados Unidos en 2011 llevó a la industria a un nuevo hito. Bajo el Estándar de Combustibles Renovables 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. Esta cifra 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. [93]
Se pueden utilizar diversos aceites para producir biodiesel. Éstas incluyen:
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 podría escalar al ritmo actual de consumo.
Las grasas animales son un subproducto de la producción y cocción de la carne. Aunque no sería eficiente criar animales (o pescar) simplemente por su grasa, el uso del subproducto agrega valor a la industria ganadera (cerdos, ganado vacuno, aves de corral). Hoy en día, las instalaciones de biodiésel con múltiples materias primas producen biodiésel a base de grasa animal de alta calidad. [99] [100] 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 algunos de los 1.000 millones de kg (2.200 millones de libras) estimados de pollo. grasa [101] producida anualmente en la planta avícola local de Tyson. [95] De manera similar, algunas fábricas de biodiesel a pequeña escala utilizan aceite de pescado residual como materia prima. [102] [103] Un proyecto financiado por la UE (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 (a su vez resultantes de 130 toneladas de pescado). Este proyecto utiliza biodiesel para alimentar una unidad CHP en la planta procesadora de pescado, principalmente para alimentar la planta de congelación de pescado. [104]
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 agricultura y la consiguiente fertilización , uso de pesticidas y conversión del uso de la tierra que serían necesarios para producir aceite vegetal adicional. [105] Las ventajas de las algas son que pueden cultivarse en tierras no cultivables, como desiertos o ambientes marinos, y los rendimientos potenciales de aceite son mucho mayores que los de las plantas.
La eficiencia del rendimiento de la materia prima por unidad de área afecta la viabilidad de aumentar la producción a los enormes niveles industriales necesarios para impulsar un porcentaje significativo de vehículos.
El rendimiento de las algas como combustible aún no se ha determinado con precisión, pero se informa que el DOE afirma que las algas producen 30 veces más energía por acre que los cultivos terrestres como la soja. [107] Ami Ben-Amotz, del Instituto de Oceanografía de Haifa , que cultiva algas comercialmente desde hace más de 20 años, considera prácticos rendimientos de 36 toneladas/hectárea. [108]
La jatropha ha sido citada como una fuente de biodiesel de alto rendimiento, pero los rendimientos dependen en gran medida de las condiciones climáticas y del suelo. Las estimaciones más bajas sitúan el rendimiento en alrededor de 200 gal EE.UU./acre (1,5-2 toneladas por hectárea) por cosecha; en climas más favorables se han logrado dos o más cosechas por año. [109] Se cultiva en Filipinas , Malí y la India , es resistente a la sequía y puede compartir espacio con otros cultivos comerciales como el café, el azúcar, las frutas y las verduras. [110] Se adapta bien a las tierras semiáridas y puede contribuir a frenar la desertificación , según sus defensores. [111]
La transición total 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 economías grandes, ya que el consumo de energía aumenta con la producción económica. [112]
Para los países del tercer mundo , las fuentes de biodiesel que utilizan tierras marginales podrían tener más sentido; por ejemplo, nueces del árbol pongam cultivadas a lo largo de las carreteras o jatropha cultivadas a lo largo de las líneas ferroviarias. [113]
En regiones tropicales, como Malasia e Indonesia, se están plantando plantas que producen aceite de palma 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 plantaciones de palma no es ecológicamente sensata, ya que la expansión de las plantaciones de palma aceitera representa una amenaza para la selva tropical natural y la biodiversidad. [114]
En Alemania se estima que el diésel de aceite de palma tiene menos de un tercio de los costos de producción del biodiesel de colza. [115]
Se han realizado múltiples estudios económicos sobre el impacto económico de la producción de biodiesel. Un estudio, encargado por la Junta Nacional de Biodiesel, informó que la producción de biodiesel sustentaba más de 64.000 puestos de trabajo. [93] El crecimiento del biodiesel también ayuda a aumentar significativamente el PIB. En 2011, el biodiesel generó más de 3 mil millones de dólares en PIB. A juzgar por el crecimiento continuo de la Norma sobre Combustibles Renovables y la extensión del incentivo fiscal al biodiésel, el número de puestos de trabajo puede aumentar a 50.725, 2.700 millones de dólares de ingresos y alcanzar los 5.000 millones de dólares de PIB en 2012 y 2013. [116]
Uno de los principales impulsores de la adopción del biodiesel es la seguridad energética . Esto significa que la dependencia de una nación del petróleo se reduce y se sustituye por el uso de fuentes disponibles localmente, como carbón, gas o fuentes renovables. Por tanto, un país puede beneficiarse de la adopción de biocombustibles, sin una reducción de 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 podrían provenir de diversas fuentes además del petróleo. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) de EE.UU. afirma que la seguridad energética es la fuerza impulsora número uno detrás del programa de biocombustibles de EE.UU., [117] y un documento de la Casa Blanca "Seguridad energética para el siglo XXI" deja claro que la seguridad energética es una de las principales razón para promover el biodiesel. [118] El ex presidente de la Comisión de la UE, José Manuel Barroso, hablando en una reciente conferencia sobre biocombustibles de la UE, destacó que los biocombustibles gestionados adecuadamente tienen el potencial de reforzar la seguridad del suministro de la UE a través de la diversificación de las fuentes de energía. [119]
Muchos países alrededor del mundo están involucrados en el creciente uso y producción de biocombustibles, como el biodiesel, como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles y al petróleo. Para fomentar la industria de los biocombustibles, los gobiernos han implementado legislaciones y leyes como incentivos para reducir la dependencia del petróleo y aumentar el uso de energías renovables. [120] Muchos países tienen sus propias políticas independientes con respecto a los impuestos y descuentos sobre el uso, la importación y la producción de biodiesel.
El proyecto de ley C-33 de la Ley de Protección Ambiental de Canadá exigía que para 2010, la gasolina tuviera un 5% de contenido renovable y que para 2013, el diésel y el combustible para calefacción tuvieran un 2% de contenido renovable. [120] El Programa EcoENERGY para Biocombustibles subvencionó la producción de biodiesel, entre otros biocombustibles, mediante una tasa de incentivo de 0,20 dólares canadienses por litro de 2008 a 2010. Se aplicará una disminución de 0,04 dólares cada año siguiente, hasta que la tasa de incentivo alcance 0,06 dólares en 2016. Las provincias individuales también tienen medidas legislativas específicas con respecto al uso y la producción de biocombustibles. [121]
El Crédito Fiscal Volumétrico de Etanol (VEETC) era la principal fuente de apoyo financiero para los biocombustibles, pero estaba previsto que expirara en 2010. A través de esta ley, la producción de biodiesel garantizaba un crédito fiscal de 1 dólar por galón producido a partir de aceites vírgenes y 0,50 dólares por galón. galón elaborado con aceites reciclados. [122] Actualmente, el aceite de soja se utiliza para producir biodiésel de soja para muchos fines comerciales, como mezclar combustible para los sectores del transporte. [5]
La Unión Europea es el mayor productor de biodiesel, siendo Francia y Alemania los principales productores. Para aumentar el uso de biodiesel, existen políticas que exigen la mezcla de biodiesel con combustibles, incluidas sanciones si no se alcanzan esas tasas. En Francia, el objetivo era alcanzar una integración del 10%, pero los planes para lograrlo se detuvieron en 2010. [120] Como incentivo para que los países de la Unión Europea continúen produciendo biocombustible, existen devoluciones de impuestos para cuotas específicas de biocombustible producido. En Alemania, el porcentaje mínimo de biodiésel en el gasóleo de transporte se fija en el 7%, el denominado "B7".
Malasia planea implementar su adopción a nivel nacional del programa de biocombustible de aceite de palma B20 para fines de 2022. El mandato de fabricar biocombustible con un componente de aceite de palma del 20%, conocido como B20, para el sector del transporte se implementó por primera vez en enero de 2020, pero enfrentó retrasos debido a las restricciones de movimiento impuestas para contener los brotes de coronavirus. [123]
Hasta el 40% del maíz producido en los Estados Unidos se utiliza para producir etanol, [124] y en todo el mundo el 10% de todos los cereales se convierte en biocombustible. [125] Una reducción del 50% en los cereales utilizados para biocombustibles en Estados Unidos y Europa sustituiría todas las exportaciones de cereales de Ucrania . [126]
En algunos países pobres, el aumento del precio del aceite vegetal está causando problemas. [127] [128] Algunos proponen que el combustible solo se fabrique a partir de aceites vegetales no comestibles como camelina , jatropha o malva marina [129] , que pueden prosperar en tierras agrícolas marginales donde muchos árboles y cultivos no crecerán, o producirán solo bajos rendimientos.
Otros sostienen que el problema es más fundamental. Los agricultores pueden pasar de producir cultivos alimentarios a producir cultivos para biocombustibles para ganar más dinero, incluso si los nuevos cultivos no son comestibles. [130] [131] La ley de la oferta y la demanda predice que si menos agricultores producen alimentos, el precio de los alimentos aumentará. Puede que lleve algún tiempo, ya que los agricultores pueden tardar algún tiempo en cambiar lo que están cultivando, pero es probable que la creciente demanda de biocombustibles de primera generación dé lugar a 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. [132]
El biodiésel procedente de algas marinas no desplazaría necesariamente las tierras terrestres que actualmente se utilizan para la producción de alimentos y se podrían crear nuevos puestos de trabajo en el cultivo de algas .
En comparación, cabe mencionar que la producción de biogás utiliza residuos agrícolas para generar un biocombustible conocido como biogás, y también produce compost , mejorando así la agricultura, la sostenibilidad y la producción de alimentos.
Se investigaron para encontrar cultivos más adecuados y mejorar el rendimiento del aceite. Otras fuentes son posibles, incluida la materia fecal humana , y Ghana está construyendo su primera "planta de biodiesel alimentada con lodos fecales". [133]
Las variedades de mostaza especialmente obtenidas 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 harina que queda después de extraer el aceite puede actuar como un pesticida eficaz y biodegradable. [134]
La NFESC , junto 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. [135]
Un grupo de desarrolladores españoles que trabajan para una empresa llamada Ecofasa anunció un nuevo biocombustible elaborado a partir 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. [136]
Otro enfoque que no requiere el uso de productos químicos para la producción implica el uso de microbios modificados genéticamente. [137] [138]
De 1978 a 1996, el NREL estadounidense experimentó con el uso de algas como fuente de biodiesel en el " Programa de Especies Acuáticas ". [117] Un artículo autoeditado por Michael Briggs, del UNH Biodiesel Group, ofrece estimaciones para la sustitución realista de todo el combustible vehicular por biodiesel mediante la utilización de algas que tengan 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 . [139] Estas algas ricas en aceite pueden luego extraerse del sistema y procesarse para obtener biodiesel, y el resto seco reprocesarse para crear etanol.
La producción de algas para recolectar aceite para biodiesel aún no se ha llevado a cabo a escala comercial, pero se han realizado estudios de viabilidad para llegar a la estimación de rendimiento anterior. Además del alto rendimiento previsto, el cultivo de algas, a diferencia de los biocombustibles basados en cultivos , no implica una disminución en la producción de alimentos , ya que no requiere ni tierras de cultivo ni agua dulce . Muchas empresas están buscando biorreactores de algas para diversos fines, incluido el aumento de la producción de biodiesel a niveles comerciales. [140] [141] Los lípidos del biodiesel podrían extraerse de algas húmedas mediante una reacción simple y económica en líquidos iónicos . [142]
Millettia pinnata , también conocida como Pongam Oiltree o Pongamia, es una leguminosa que produce semillas oleaginosas y que ha sido identificada como candidata 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 combustible. Pongamia crece en tierras marginales que no son aptas para cultivos alimentarios y no requiere fertilizantes nitratados. El árbol productor de aceite tiene el mayor rendimiento de planta productora de aceite (aproximadamente el 40% del peso de la semilla es aceite) mientras crece en suelos desnutridos con altos niveles de sal. Se está convirtiendo en el foco principal de varias organizaciones de investigación del biodiesel. [143] Las principales ventajas de Pongamia son una mayor recuperación y calidad del aceite que otros cultivos y la ausencia de competencia directa con los cultivos alimentarios. Sin embargo, el crecimiento en tierras marginales puede dar lugar a menores rendimientos de petróleo, lo que podría provocar competencia con los cultivos alimentarios por mejores suelos.
Varios grupos de diversos sectores están realizando investigaciones sobre Jatropha curcas , un árbol parecido a un arbusto venenoso que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de aceite como materia prima para biodiesel. [144] Gran parte de esta investigación se centra en mejorar el rendimiento general de aceite por acre de Jatropha a través de avances en genética, ciencia 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 con respecto a las variedades de primera generación. [145] SG Biofuels también afirma que han surgido beneficios adicionales de tales cepas, incluida una mejor sincronicidad de la floración, una mayor resistencia a las plagas y enfermedades y una mayor tolerancia al clima frío. [146]
Plant Research International, un departamento de la Universidad y Centro de Investigación de Wageningen 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. [147]
El Centro para la Agricultura Energética 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 vegetal, agronomía y horticultura. Se prevé que la exploración exitosa de estas disciplinas aumentará el rendimiento de la producción agrícola de Jatropha entre un 200% y un 300% en los próximos diez años. [148]
Las grasas, aceites y grasas (FOG), recuperadas de las aguas residuales , también se pueden convertir en biodiesel. [149]
Un grupo de la Academia Rusa de Ciencias en Moscú publicó un artículo en 2008, afirmando que habían aislado grandes cantidades de lípidos de hongos unicelulares y los habían convertido en biodiesel de una manera económicamente eficiente. [150]
El reciente descubrimiento de una variante del hongo Gliocladium roseum apunta hacia la producción del llamado micodiesel a partir de celulosa. Este organismo fue descubierto recientemente en las selvas tropicales del norte de la Patagonia y tiene la capacidad única de convertir la celulosa en hidrocarburos de longitud media que normalmente se encuentran en el combustible diesel. [151]
Investigadores de la Universidad de Nevada, Reno , han producido con éxito biodiesel a partir de aceite derivado de posos de café usados . Su análisis de los terrenos usados mostró un contenido de aceite del 10% al 15% (en peso). Una vez extraído el aceite, se sometía a un procesamiento convencional para convertirlo en biodiesel. Se estima que se podría producir biodiesel terminado por alrededor de un dólar estadounidense por galón. Además, se informó que "la técnica no es difícil" y que "hay tanto café que se podrían producir varios cientos de millones de galones de biodiesel anualmente". Sin embargo, incluso si todos los posos de café del mundo se utilizaran para fabricar combustible, la cantidad producida sería menos del 1 por ciento del diésel que se utiliza anualmente en Estados Unidos. "No resolverá el problema energético del mundo", dijo el Dr. Misra sobre su trabajo. [152]
Se ha desarrollado un microrreactor para convertir biodiesel en vapor de hidrógeno para alimentar pilas de combustible. [153]
El reformado con vapor , también conocido como reformado de combustibles fósiles , es un proceso que produce gas hidrógeno a partir de combustibles de hidrocarburos, sobre todo biodiesel debido a su eficiencia. Un **microrreactor**, o reformador, es el dispositivo de procesamiento en el que el vapor de agua reacciona con el combustible líquido a alta temperatura y presión. A temperaturas que oscilan entre 700 y 1100 °C, un catalizador a base de níquel permite la producción de monóxido de carbono e hidrógeno: [154]
Hidrocarburo + H
2O ⇌ CO + 3H
2(Altamente endotérmico)
Además, se puede aprovechar un mayor rendimiento de gas hidrógeno oxidando aún más el monóxido de carbono para producir más hidrógeno y dióxido de carbono:
CO+ H
2O → CO 2 + H
2(Ligeramente exotérmico)
A partir de 2020 [update], investigadores del CSIRO de Australia han estado estudiando el aceite de cártamo de una variedad especialmente creada como lubricante para motores , y los investigadores del Centro de Combustible Avanzado de la Universidad Estatal de Montana en los EE. UU. han estado estudiando el rendimiento del aceite en un motor diésel grande . con resultados descritos como un "cambio de juego". [155]
La lubricidad del combustible juega un papel importante en el desgaste que se produce en un motor. Un motor diésel depende de su combustible para proporcionar lubricidad a los componentes metálicos que están constantemente en contacto entre sí. [156] El biodiésel es un lubricante mucho mejor en comparación con el diésel de petróleo fósil debido a la presencia de ésteres. Las pruebas han demostrado que la adición de una pequeña cantidad de biodiesel al diésel puede aumentar significativamente la lubricidad del combustible a corto plazo. [157] Sin embargo, durante un período de tiempo más largo [ se necesita aclaración ] (2 a 4 años), los estudios muestran que el biodiesel pierde su lubricidad. [158] [ verificación fallida ] Esto podría deberse a una mayor corrosión con el tiempo debido a la oxidación de las moléculas insaturadas o al aumento del contenido de agua en el biodiesel debido a la absorción de humedad. [57]
Una de las principales preocupaciones del biodiesel es su viscosidad. La viscosidad del diésel es de 2,5 a 3,2 cSt a 40 °C y la viscosidad del biodiésel elaborado a partir de aceite de soja está entre 4,2 y 4,6 cSt [159]. La viscosidad del diésel debe ser lo suficientemente alta como para proporcionar suficiente lubricación a las piezas del motor, pero lo suficientemente baja. fluir a la temperatura operativa. La alta viscosidad puede obstruir el filtro de combustible y el sistema de inyección de los motores. [159] 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 mediante transesterificación para reducir su viscosidad [160] . Sin embargo, la viscosidad del biodiesel sigue siendo más alta que la del diesel y es posible que el motor no pueda usar el combustible a bajas temperaturas debido a la flujo lento a través del filtro de combustible. [161]
El biodiésel tiene un mayor consumo de combustible específico para los frenos en comparación con el diésel, lo que significa que se requiere un mayor consumo de combustible de biodiésel para el mismo par. Sin embargo, se ha descubierto que la mezcla de biodiésel B20 proporciona el máximo aumento de la eficiencia térmica, el menor consumo de energía específico de los frenos y menores emisiones nocivas. [5] [57] [156] El rendimiento del motor depende de las propiedades del combustible, así como de la combustión, la presión del inyector y muchos otros factores. [162] Dado que existen varias mezclas de biodiesel, eso puede explicar los informes contradictorios en lo que respecta al rendimiento del motor.
La materia prima utilizada para producir biodiesel altera las propiedades del combustible al cambiar la longitud promedio de la cadena de carbono y el número de dobles enlaces presentes en los ésteres metílicos de ácidos grasos. [163]
El aumento del interés en los biodiesels ha puesto de relieve una serie de efectos ambientales asociados con su uso. Estos potencialmente incluyen reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero , [164] la deforestación , la contaminación y la tasa de biodegradación .
Según el Análisis de Impacto Regulatorio del Programa de Estándares de Combustibles Renovables, publicado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos en febrero de 2010, el biodiesel a partir de aceite de soja produce, en promedio, una reducción del 57% de los gases de efecto invernadero en comparación con el diesel de petróleo. y el biodiesel producido a partir de grasas residuales da como resultado una reducción del 86%. Consulte el capítulo 2.6 del informe de la EPA para obtener información más detallada.
Sin embargo, organizaciones medioambientales como Rainforest Rescue [165] y Greenpeace [166] critican el cultivo de plantas utilizadas para la producción de biodiésel , como la palma aceitera, la soja y la caña de azúcar. La deforestación de los bosques tropicales exacerba el cambio climático y se destruyen ecosistemas sensibles para despejar tierras para plantaciones de palma aceitera, soja y caña de azúcar. Además, los biocombustibles contribuyen al hambre en el mundo, ya que las tierras cultivables ya no se utilizan para cultivar alimentos. La Agencia de Protección Ambiental publicó datos en enero de 2012 que muestran que los biocombustibles elaborados a partir de aceite de palma no contarán para el mandato de combustibles renovables de los Estados Unidos, ya que no son respetuosos con el clima. [167] Los ambientalistas acogen con agrado la conclusión porque el crecimiento de las plantaciones de palma aceitera ha impulsado la deforestación tropical, por ejemplo, en Indonesia y Malasia. [167] [168]
Indonesia produce biodiesel principalmente a partir de aceite de palma . Dado que las tierras agrícolas son limitadas, para plantar monocultivos de palma aceitera es necesario talar las tierras utilizadas para otros cultivos o el bosque tropical. Una gran amenaza medioambiental es, por tanto, la destrucción de las selvas tropicales en Indonesia. [169]
El impacto ambiental del biodiesel es diverso y no está claro. Un incentivo frecuentemente mencionado para el uso de biodiesel es su capacidad para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con las de los combustibles fósiles . Que esto sea cierto o no depende de muchos factores.
Una crítica general contra el biodiesel es el cambio de uso de la tierra , que tiene el potencial de causar incluso más emisiones que las que se producirían si se utilizaran únicamente combustibles fósiles. [172] Sin embargo, este problema se solucionaría con biocombustibles de algas que pueden utilizar tierras no aptas para la agricultura.
El dióxido de carbono es uno de los principales gases de efecto invernadero . Aunque la quema de biodiesel produce emisiones de dióxido de carbono similares a las de los combustibles fósiles comunes, la materia prima vegetal utilizada en la producción absorbe dióxido de carbono de la atmósfera cuando crece. Las plantas absorben dióxido de carbono mediante un proceso conocido como fotosíntesis que les permite almacenar energía de la luz solar en forma de azúcares y almidones. Después de que la biomasa se convierte en biodiesel y se quema como combustible, la energía y el carbono se liberan nuevamente. Parte de esa energía se puede utilizar para impulsar un motor mientras el dióxido de carbono se libera a la atmósfera.
Por lo tanto, al considerar la cantidad total de emisiones de gases de efecto invernadero, es importante considerar todo el proceso de producción y los efectos indirectos que dicha producción podría causar. El efecto sobre las emisiones de dióxido de carbono depende en gran medida de los métodos de producción y del tipo de materia prima utilizada. Calcular la intensidad de carbono de los biocombustibles es un proceso complejo e inexacto y depende en gran medida de las suposiciones hechas en el cálculo. Un cálculo suele incluir:
Otros factores pueden ser muy importantes pero a veces no se tienen en cuenta. Éstas incluyen:
Si no se tiene en cuenta el cambio de uso de la tierra y se asumen los métodos de producción actuales, el biodiésel procedente de aceite de colza y de girasol produce entre un 45% y un 65% menos de emisiones de gases de efecto invernadero que el petrodiésel. [173] [174] [175] [176] Sin embargo, hay investigaciones en curso para mejorar la eficiencia del proceso de producción. [173] [175] El biodiesel producido a partir de aceite de cocina usado u otras grasas residuales podría reducir las emisiones de CO 2 hasta en un 85%. [170] Mientras la materia prima se cultive en tierras de cultivo existentes, el cambio de uso de la tierra tiene poco o ningún efecto sobre las emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, existe la preocupación de que el aumento de la producción de materias primas afecte directamente la tasa de deforestación. Esta tala provoca la liberación del carbono almacenado en el bosque, el suelo y las capas de turba . La cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero derivadas de la deforestación es tan grande que los beneficios de una reducción de las emisiones (causadas únicamente por el uso de biodiesel) serían insignificantes durante cientos de años. [170] [172] Los biocombustibles producidos a partir de materias primas como el aceite de palma podrían, por lo tanto, causar emisiones de dióxido de carbono mucho más altas que algunos tipos de combustibles fósiles. [177]
En los Estados Unidos, el biodiesel es el único combustible alternativo que ha completado con éxito los requisitos de las pruebas de efectos sobre la salud (Nivel I y Nivel II) de la Ley de Aire Limpio (1990) .
El biodiesel puede reducir la emisión directa de partículas , pequeñas partículas de productos de combustión sólida, en el tubo de escape de vehículos con filtros de partículas hasta en un 20 por ciento en comparación con el diésel bajo en azufre (< 50 ppm). Las emisiones de partículas como resultado de la producción se reducen en aproximadamente un 50 por ciento en comparación con el diésel de origen fósil. [178]
Un estudio de la Universidad de Idaho comparó las tasas de biodegradación del biodiesel, los aceites vegetales puros, las mezclas de biodiesel y diésel de petróleo y el combustible diesel 2-D puro. Utilizando bajas concentraciones del producto a degradar (10 ppm) en soluciones modificadas de nutrientes y lodos de depuradora, demostraron que el biodiesel se degradaba al mismo ritmo que un control de dextrosa y 5 veces más rápido que el diésel de petróleo durante un período de 28 días, y que las mezclas de biodiesel duplicaron la tasa de degradación del diesel de petróleo a través del cometabolismo . [179] El mismo estudio examinó la degradación del suelo utilizando 10 000 ppm de biodiesel y diesel de petróleo, y encontró que el biodiesel se degradaba al doble de la tasa de diesel de petróleo en el suelo. En todos los casos, se determinó que el biodiésel también se degradaba más completamente que el diésel de petróleo, que producía productos intermedios indeterminados poco degradables. Los estudios de toxicidad para el mismo proyecto demostraron que no hubo mortalidad y que hubo pocos efectos tóxicos en ratas y conejos con hasta 5000 mg/kg de biodiesel. El diésel de petróleo tampoco presentó mortalidades a la misma concentración; sin embargo, se observaron efectos tóxicos como pérdida de cabello y decoloración de la orina con concentraciones >2000 mg/L en conejos: [180]
A medida que el biodiesel se utiliza cada vez más, es importante considerar cómo el consumo afecta la calidad del agua y los ecosistemas acuáticos. La investigación que examinó la biodegradabilidad de diferentes combustibles biodiesel encontró que todos los biocombustibles estudiados (incluido el aceite de colza puro, el aceite de soja puro y sus productos de éster modificado) eran compuestos “fácilmente biodegradables” y tenían una tasa de biodegradación relativamente alta en agua. [181] Además, la presencia de biodiesel puede aumentar la tasa de biodegradación del diesel a través del cometabolismo. A medida que aumenta la proporción de biodiesel en las mezclas de biodiesel/diesel, más rápido se degrada el diesel. Otro estudio que utilizó condiciones experimentales controladas también mostró que los ésteres metílicos de ácidos grasos, las moléculas primarias del biodiesel, se degradaban mucho más rápido que el diesel de petróleo en agua de mar. [182]
Al considerar las emisiones derivadas del uso de combustibles fósiles y biocombustibles, la investigación normalmente se centra en los principales contaminantes, como los hidrocarburos. En general, se reconoce que el uso de biodiesel en lugar de diesel da como resultado una reducción sustancial de las emisiones de gases regulados, pero ha habido una falta de información en la literatura de investigación sobre los compuestos no regulados que también desempeñan un papel en la contaminación del aire. [183] Un estudio se centró en las emisiones de compuestos carbonílicos no incluidos en los criterios procedentes de la quema de mezclas de diésel puro y biodiésel en motores diésel de servicio pesado. Los resultados encontraron que las emisiones de carbonilos de formaldehído, acetaldehído, acroleína, acetona, propionaldehído y butiraldehído eran mayores en las mezclas de biodiesel que las emisiones del diesel puro. El uso de biodiesel produce mayores emisiones de carbonilo pero menores emisiones totales de hidrocarburos, lo que puede ser mejor como fuente de combustible alternativa. Se han realizado otros estudios que contradicen estos resultados, pero es difícil hacer comparaciones debido a varios factores que difieren entre los estudios (como los tipos de combustible y motores utilizados). En un artículo que comparó 12 artículos de investigación sobre las emisiones de carbonilo derivadas del uso de combustible biodiesel, se encontró que 8 de los artículos informaron un aumento de las emisiones de compuestos carbonílicos, mientras que 4 mostraron lo contrario. [183] Esto es evidencia de que todavía se necesita mucha investigación sobre estos compuestos.
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )El [b]iodiesel se considera un combustible renovable.
Ofrece una reducción del 60 por ciento de CO2 desde el pozo hasta la rueda.
Las principales áreas que quedan para nuevas plantaciones extensivas son las grandes extensiones de turberas tropicales, hasta hace poco áreas de bosques lluviosos vírgenes.
Más del 50% de las nuevas plantaciones están previstas en estas zonas de turberas
Tom cerveza; Tim Grant; Harry Watson; Doína Olaru (2004). Análisis de emisiones del ciclo de vida de combustibles para vehículos ligeros (PDF) (Reporte). CSIRO. Oficina Australiana de Invernaderos. HA93A-C837/1/F5.2E.
