Pedeorelha | Cómo funciona el biodiésel

Gyles Lewis
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biodiesel Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images Galería de imágenes de vehículos de combustible alternativo

Foto cortesía de Nebraska Soybean Board
Autobús que funciona con biodiésel de soja. Ver imágenes de vehículos de combustible alternativo.

Si ha leído o visto las noticias últimamente, probablemente se haya encontrado con algún artículo, fragmento o fragmento relacionado con el petróleo y los precios del petróleo. Incluso en sus rutinas diarias, es muy probable que alguien lo mencione. Ya sea en la automoción, la economía, la historia, la geografía o la política, el petróleo ha logrado filtrarse en casi todos los aspectos de nuestra vida diaria. Es uno de los productos básicos más discutidos (y controvertidos) del que los consumidores confían a diario..

Toda esta charla sobre el petróleo despierta un interés continuo en alternativas de gasolina. Se habla de cosas como los coches eléctricos y las pilas de combustible de hidrógeno como alternativas viables al petróleo. A medida que la tecnología mejore, estos conceptos podrían convertirse en realidad. Pero que tal ahora?

Perdidos en la mezcla están los biocombustibles, combustibles elaborados con ingredientes biológicos en lugar de combustibles fósiles. Estos ingredientes de partida pueden variar desde maíz hasta soja y grasa animal, según el tipo de combustible que se esté fabricando y el método de producción..

En este artículo, analizaremos más de cerca biodiesel, uno de los principales biocombustibles. Para empezar, sería una buena idea consultar Cómo funcionan los motores de automóvil y Cómo funcionan los motores diésel para obtener algunos antecedentes. Después de eso, regrese y separaremos la realidad del biodiesel de la ficción..

En términos generales, el biodiesel es una alternativa o aditivo al combustible diesel estándar que se elabora a partir de ingredientes biológicos en lugar de petróleo (o petróleo crudo). El biodiésel generalmente se elabora a partir de plantas aceites o animal grasa a través de una serie de reacciones químicas. Son ambos no tóxico y renovable. Debido a que el biodiésel proviene esencialmente de plantas y animales, las fuentes se pueden reponer mediante la agricultura y el reciclaje..

El biodiesel es seguro y se puede utilizar en motores diesel con poca o ninguna modificación necesaria. Aunque el biodiésel se puede utilizar en su forma pura, normalmente se mezclado con combustible diesel estándar. Las mezclas están indicadas por la abreviatura Bxx, dónde xx es el porcentaje de biodiesel en la mezcla. Por ejemplo, la mezcla más común es B20, o 20 por ciento de biodiésel al 80 por ciento estándar. Entonces, B100 se refiere al biodiésel puro.

Foto cortesía del Departamento de Energía de EE. UU.
Los biocombustibles, como el etanol elaborado a partir de maíz y el biodiésel de soja, ayudan a respaldar la agricultura estadounidense.

Sin embargo, el biodiésel no es solo un término general. También existe una definición técnica formal que es reconocida por ASTM International (conocida anteriormente como la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales), la organización responsable de proporcionar los estándares de la industria. Según la Junta Nacional de Biodiesel (NBB), la definición técnica de biodiesel es la siguiente:

un combustible compuesto de mono-alquil ésteres de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales, designado B100, y que cumple con los requisitos de ASTM D 6751.

Eso suena un poco duro, pero es mucho más familiar de lo que piensas: encuentras estos ácidos grasos todos los días. Los veremos con más detalle en la siguiente sección..

Foto cortesía de la Junta Nacional de Biodiesel
La soja se puede convertir en biodiesel.

Parte de lo que hace que el biodiesel sea tan atractivo e interesante es que puede obtenerse de numerosas fuentes naturales. Aunque se puede utilizar grasa animal, aceite vegetal es la mayor fuente de biodiesel. Probablemente hayas usado algunos de estos en la cocina. Los científicos e ingenieros pueden usar aceites de cultivos familiares como soja, colza, canola, palma, semilla de algodón, girasol y maní para producir biodiesel. Incluso se puede fabricar biodiésel a partir de grasa de cocina reciclada!

El denominador común que comparten todas las fuentes de biodiésel es que todas contienen grasa de alguna forma. Los aceites son solo grasas líquidas a temperatura ambiente. Estas grasas o triacilgliceroles (a veces llamadas triglicéridos) están formadas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno unidos y dispuestos en un patrón específico. Estos triacilgliceroles son bastante frecuentes. Además de los aceites vegetales domésticos, también se encuentran en cosas comunes como la mantequilla y la manteca de cerdo. Es posible que haya visto un recuento de triglicéridos en la lista si ha visitado a un médico y le han hecho algunos análisis de sangre.

Una forma de visualizar estos triacilgliceroles es pensar en una "E" mayúscula. Formando la columna vertebral vertical de esta E hay una molécula conocida como glicerol. El glicerol es un ingrediente común que se utiliza para fabricar productos como jabón, productos farmacéuticos y cosméticos. Unidas a esta columna vertebral de glicerol y formando los elementos horizontales de la E hay tres cadenas largas compuestas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Estos se llaman ácidos grasos..

 H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
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O O O
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C = O C = O C = O
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H H H

Entonces, ¿cómo terminan estos triacilgliceroles en un automóvil, camión o bote? El biodiésel no es aceite vegetal puro. Aunque el aceite vegetal crudo se ha utilizado para alimentar motores diesel en el pasado, generalmente ha causado problemas. La grasa o el aceite crudos primero deben sufrir una serie de reacciones químicas para convertirse en combustible. Hay algunas formas diferentes de producir biodiésel, pero la mayoría de las instalaciones de fabricación producen biodiésel industrial a través de un proceso llamado transesterificación. En este proceso, la grasa o el aceite se purifica primero y luego se hace reaccionar con un alcohol, generalmente metanol (CH3OH) o etanol (CH3CH2OH) en presencia de un catalizador como hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio (NaOH). Cuando esto sucede, el triacilglicerol se transforma para formar ésteres y glicerol. Los ésteres que quedan son lo que luego llamamos biodiesel..

¿Es esta vieja noticia? En la siguiente sección, examinaremos parte de la historia y la motivación detrás del movimiento de biocombustibles..

Foto cortesía de Bob Allan
La producción actual de biodiésel en EE. UU. Proviene principalmente de aceite de soja como estos o de aceite de cocina reciclado para restaurantes..

El concepto de biocombustibles es sorprendentemente antiguo. Rudolf Diesel, cuyo invento ahora lleva su nombre, había imaginado el aceite vegetal como fuente de combustible para su motor. De hecho, gran parte de sus primeros trabajos giró en torno al uso de biocombustibles. En 1900, por ejemplo, en la Exposición Mundial de París, Francia, Diesel demostró su motor haciéndolo funcionar con aceite de maní. De manera similar, Henry Ford esperaba que su Modelo T funcionara con etanol, un producto de maíz. Finalmente, tanto en el caso de Diesel como en el de Ford, el petróleo entró en escena y resultó ser la fuente de combustible más lógica. Esto se basó en la oferta, el precio y la eficiencia, entre otras cosas. Aunque no era una práctica común, los aceites vegetales también se usaron como combustible diesel durante las décadas de 1930 y 1940..

Fue en las décadas de 1970 y 1980 cuando se revisó la idea de utilizar biocombustibles en Estados Unidos. Uno de los eventos más importantes ocurrió en 1970 con la aprobación de la Ley de Aire Limpio por parte de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Esto permitió a la EPA regular más de cerca los estándares de emisiones de contaminantes como dióxido de azufre, monóxido de carbono, ozono y óxidos de nitrógeno (NOx). Esto sentó las bases para el desarrollo de combustibles de combustión más limpia. Esto también estableció estándares para los aditivos de combustible..

Los acontecimientos en el extranjero, como el embargo de petróleo árabe de 1973-1974 y la revolución iraní de 1978-1979, junto con una disminución de la producción nacional de petróleo, sirvieron para hacer subir los precios. Según la Administración de Información Energética del Departamento de Energía de EE. UU., Las importaciones de petróleo crudo de EE. UU. Se redujeron en un 30% durante el embargo, y "el precio mundial del petróleo crudo saltó de alrededor de $ 14 por barril a principios de 1979 a más de $ 35 por barril en Enero de 1981 antes de estabilizarse. Los precios no bajaron apreciablemente hasta 1983, cuando el precio mundial se estabilizó entre $ 28 y $ 29 por barril ".

Con el aumento de los precios del petróleo, los investigadores comenzaron a buscar en otra parte. En agosto de 1982, se llevó a cabo la primera Conferencia Internacional sobre Aceites Vegetales y Vegetales en Fargo, Dakota del Norte. Esta conferencia trató temas que van desde el costo del combustible y los efectos del aceite vegetal hasta los aditivos del combustible y los métodos de extracción..

En 1990, la Ley de Aire Limpio fue enmendada e incluyó restricciones más estrictas sobre las emisiones de los vehículos. La enmienda introdujo disposiciones para cosas tales como un mayor contenido de oxígeno en la gasolina (que reduce las emisiones de monóxido de carbono) y un menor contenido de azufre en los combustibles diesel..

En 1992, la EPA aprobó la Ley de Política Energética o EPACT. Esto tenía como objetivo aumentar la cantidad de combustible alternativo utilizado por las flotas de transporte del gobierno de Estados Unidos para reducir la dependencia del petróleo extranjero. La enmienda de EPACT de 1998 incluyó el uso de combustible biodiesel en vehículos diésel gubernamentales existentes como una alternativa aceptable a la compra de vehículos de combustible alternativo, o AFV, como se estipula en el EPACT original..

Con todas estas reglas y regulaciones vigentes, es comprensible que cualquier alternativa viable al petróleo cause un clamor. Pero el biodiésel no es un sustituto perfecto de la gasolina. Veremos sus pros y contras en las siguientes secciones..

El biodiésel tiene varias ventajas clave:

El biodiésel es ecológico.
Puede ayudar a reducir la dependencia del petróleo extranjero..
Ayuda a lubricar el motor mismo, disminuyendo el desgaste del motor..
Se puede utilizar en casi cualquier diésel con poca o ninguna modificación del motor..
Es más seguro que el diésel convencional.

Uno de los principales puntos de venta del biodiésel es que es ecológico. El biodiesel tiene menos emisiones que el diésel estándar, es biodegradable, y es un renovable fuente de energía.

El control de emisiones es fundamental para el argumento del biodiésel, especialmente en materia de legislación. Hay algunos componentes de las emisiones que son especialmente dañinos y causan preocupación entre científicos, legisladores y consumidores. El azufre y sus compuestos relacionados contribuyen a la formación de lluvia ácida; el monóxido de carbono es una toxina ampliamente reconocida; y el dióxido de carbono contribuye al efecto invernadero. También hay algunos compuestos menos conocidos que causan preocupación, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), compuestos en forma de anillo que se han relacionado con la formación de ciertos tipos de cáncer. El material particulado (PM) tiene efectos negativos para la salud y los hidrocarburos no quemados contribuyen a la formación de smog y ozono.

El biodiésel reduce las emisiones peligrosas. De los biocombustibles actuales, el biodiesel es el único que ha completado con éxito las pruebas de emisiones de acuerdo con la Ley de Aire Limpio..

Emisiones medias de biodiésel en comparación con el diésel convencional
Componente de emisión	B100	B20
Hidrocarburos no quemados totales	-67%	-20%
Monóxido de carbono	-48%	-12%
Materia particular	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
Sulfatos	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Fuente: Junta Nacional de Biodiesel

Además, B100 puede reducir las emisiones de CO2 en un 78 por ciento y reducir las propiedades cancerígenas del combustible diesel en un 94 por ciento (Junta Nacional de Biodiesel, Oficina de Tecnologías de Transporte del DOE de EE. UU.).

Otra característica del biodiesel es que es biodegradable, lo que significa que puede descomponerse como resultado de agentes naturales como las bacterias. Según la EPA, el biodiesel se degrada a un ritmo cuatro veces más rápido que el combustible diesel convencional. De esta manera, en caso de un derrame, la limpieza sería más fácil y las consecuencias no serían tan aterradoras. Esto también sería válido para las mezclas de biodiésel..

El biodiesel también podría reducir la dependencia de Estados Unidos del petróleo importado y aumentar nuestra seguridad energética. La mayor parte del biodiésel en EE. UU. Se elabora a partir de aceite de soja, que es un cultivo nacional importante. Con el aumento de la demanda de petróleo de EE. UU. Y la disminución de la oferta mundial, un combustible renovable como el biodiesel, si se implementa adecuadamente, podría aliviar algunas de las demandas de energía de EE. UU..

El biodiésel también contribuye a la lubricidad del motor o su facilidad de movimiento. El biodiésel actúa como disolvente, lo que ayuda a aflojar los depósitos y otras mugre del interior de un motor que podrían causar obstrucciones. Dado que el biodiésel puro no deja depósitos propios, esto da como resultado mayor vida útil del motor. Se estima que una mezcla de biodiésel de solo el 1 por ciento podría aumentar la lubricidad del combustible hasta en un 65 por ciento (Oficina de Tecnología de Transporte del DOE de EE. UU.).

El biodiésel también es más seguro. Es no tóxico (aproximadamente 10 veces menos tóxico que la sal de mesa) y tiene punto de inflamación más alto que el diesel convencional. Debido a que se quema a una temperatura más alta, es menos probable que se queme accidentalmente. Esto hace que las regulaciones de movimiento y almacenamiento sean más fáciles de cumplir. A continuación, veremos las desventajas y el futuro del biodiésel..

Foto cortesía de Paul Roessler
Microalgas, organismos de los que se puede derivar un combustible similar al diesel: cultivadas en los desiertos del suroeste de Estados Unidos, las microalgas desarrolladas por NREL pueden algún día producir grandes cantidades de lípidos para convertirlos en combustible biodiesel..

Por supuesto, nada está exento de sanciones y el biodiésel tiene sus inconvenientes. Algunos tienen que ver con el combustible en sí, y muchos tienen que ver con el panorama general..

Uno de los problemas con el combustible en sí es la aumento de NOx en emisiones de biodiesel. A menudo, en la fabricación de combustible diesel, cuando disminuye la cantidad de material particulado en las emisiones, hay un aumento correspondiente en los óxidos de nitrógeno, que contribuyen a la formación de smog. Aunque parte de esto se puede solucionar ajustando el motor en sí, eso no siempre es factible. Se están investigando tecnologías para reducir las cantidades de NOx en las emisiones de biodiésel.

Otro problema es el comportamiento del biodiesel como solvente. Aunque esta propiedad es útil, es una especie de espada de doble filo. Algunos vehículos diésel más antiguos (como los automóviles fabricados antes de 1992) pueden atascarse con concentraciones más altas de biodiésel. Debido a su capacidad para aflojar los depósitos acumulados en el motor (que pueden estar allí por el combustible diesel viejo), el biodiésel puede hacer que el filtro de combustible se atasque con los depósitos recién liberados. Los fabricantes de biodiesel sugieren cambiar la bomba de combustible poco después de cambiar a mezclas de biodiesel de alta concentración. Los componentes de estos sistemas de combustible más antiguos también pueden degradarse. Además de los depósitos dentro del sistema de combustible, el biodiésel también descompone los componentes de caucho. Algunas partes de los sistemas más antiguos, como las líneas de combustible y los sellos de la bomba de combustible, pueden romperse debido a su composición de caucho o similar al caucho. Esto generalmente se soluciona reemplazando dichos componentes. Aunque muchos fabricantes han incluido biodiésel en sus garantías, aún pueden existir problemas potenciales. Para obtener más información sobre biodiésel y garantías de vehículos, consulte el Estándar de biodiésel.

Además, en algunos motores, puede haber una ligera disminución de la economía de combustible y la potencia. En promedio, hay una reducción de aproximadamente un 10 por ciento en la potencia. En otras palabras, se necesitan aproximadamente 1.1 galones de biodiesel para igualar 1 galón de diesel estándar..

Los principales inconvenientes del biodiésel están relacionados con el panorama general, es decir, el mercado y la logística asociada. De estos, el más importante es costo. Según la EPA, el biodiésel puro (B100) puede costar entre $ 1,95 y $ 3,00 por galón, mientras que las mezclas de B20 promedian entre 30 y 40 centavos más por galón que el diésel estándar. Todo esto depende de variables como la materia prima utilizada y las condiciones del mercado..

El otro tema, quizás más importante, es el de cantidad y disponibilidad. Aunque el biodiesel no se produce necesariamente en los 50 estados, puede estar disponible en todos ellos. Hay tres formas principales de obtener biodiesel, y cada método en particular se adapta mejor a ciertos tipos de clientes. El biodiésel se puede comprar directamente al proveedor, a un distribuidor de petróleo o a bombas públicas. Actualmente hay 19 miembros del NBB que producen y comercializan biodiésel en los Estados Unidos. Para saber cómo obtener biodiesel, comuníquese con la Junta Nacional de Biodiesel. Además, el Centro de datos de combustibles alternativos tiene una función de búsqueda que le permite ubicar estaciones de servicio por ciudad o estado..

Para obtener información sobre cómo ubicar estaciones de biodiesel fuera de los EE. UU., Comuníquese con su agencia local de biocombustibles..

Entonces, ¿cuánto ganamos? Dada la cantidad de diferentes productores (es decir, federales, privados, industriales) y fuentes de cultivos, es difícil dar una cifra clara. En este momento, EE. UU. Produce aproximadamente 75 millones de galones de biodiesel por año (National Biodiesel Board). Esta producción es flexible y se puede aumentar o disminuir según sea necesario..

Ya sea que acapare o no el centro de atención de las tecnologías más llamativas, el biodiésel será sin duda un trabajo constante en progreso..

Actualmente, el mercado de biodiésel más grande son los vehículos de flota. Según la Junta Nacional de Biodiesel, hay más de 100 flotas de este tipo que utilizan biodiesel en los Estados Unidos. Estos incluyen organizaciones federales y públicas como el Servicio Postal de los EE. UU., La Fuerza Aérea de los EE. UU., El Ejército de los EE. UU., La NASA, el Departamento de Energía de los EE. UU., Duke Energy y Florida Power & Light. Muchos servicios de transporte público también buscan biodiesel para complementar el uso del petróleo. Los autobuses urbanos, como el metro de Cincinnati, también utilizan biodiésel. Los posibles objetivos futuros incluyen áreas como aplicaciones marinas y agrícolas y calefacción doméstica..

A medida que aumenta la conciencia pública, el biodiésel y los biocombustibles en general podrían encontrar fácilmente su camino en las conversaciones de la cena. El apoyo político también va en aumento y, a raíz de una legislación como la enmienda EPACT de 1998, las fuentes de combustible alternativas serán una necesidad en un futuro no muy lejano..

Para obtener más información sobre biodiesel, biocombustibles y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente..