Estudio Experimental de las Variables que Afectan la Reacción de Transesterificación en la Producción de biodiesel

NICOLÁS G. APAZA, MARÍA J. CANZ, CAMILA LEAL, MAXIMILIANO BOECK; MARÍA E. GONZÁLEZ, ARIEL MARRADES, CINTIA M ROMERO, MARÍA A. VELIZ.

Ciudad autónoma de Buenos Aires

Congreso; Congreso Argentino de Estudiantes de Farmacia, Bioquímica y Biotecnología; 2019

Estudio experimental de las variables que afectan lareacción de transesterificación en la producción de biodieselNicolás G. Apaza, María J. Canz, Camila Leal, Maximiliano Boeck, María E. González,Ariel Marrades, Cintia M Romero, María A. Veliz.Cátedra de Física II, Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia, UniversidadNacional de Tucumán.IntroducciónEn términos químicos, el biodiesel es un metil o etil éster de ácidos grasos, que puedeser producido a partir de diferentes fuentes de lípidos, por un proceso llamadotransesterificación. Durante la transesterificación, los lípidos reaccionan con alcoholesde cadena corta, en presencia de un catalizador sólido de naturaleza ácida, básica oenzimática. Como subproducto se obtiene glicerina con valor agregado, aprovechadopor la industria farmacéutica y alimentaria [1].En general, una reacción de transesterificación consiste en la transformación de un tipode éster en otro. Cuando el éster original reacciona con un alcohol, la reacción detransesterificación se denomina alcohólisis [2]. En el caso de la alcohólisis de un aceiteo grasa, las moléculas de triglicérido se combinan con un alcohol alifático de bajo pesomolecular en presencia de un catalizador. Los productos de la reacción química sonalquilésteres de los ácidos grasos del aceite o grasa y glicerol. Los alquilésteres una vezpurificados mediante procesos de lavado y secado constituyen el biodiesel. Entre lasventajas de su uso, se puede mencionar la reducción de la emisión de monóxido decarbono, óxido de azufre e hidrocarburos volátiles, produciendo un menor impactoambiental; es una fuente de desarrollo económico para países en crecimiento conventajas comparativas en la producción de su insumo principal.Las principales variables que influyen en el rendimiento, conversión y cinética de lareacción de transesterificación son la calidad de la materia prima, el tipo y cantidad decatalizador, el tipo de alcohol, la relación molar alcohol/aceite y las condiciones dereacción como temperatura, presión y agitación [3-5].2La mayor parte del biodiesel producido en la actualidad se elabora mediantemetanólisis en medio básico [6]. El reto para cualquier país y en particular Argentina,consiste en la implementación de procesos basados en materias primas autóctonas, loscuales se deben optimizar para obtener un biodiesel con un costo de producción bajoque lo haga competitivo, pero que cumpla con las especificaciones internacionales decalidad para su uso como combustible en motores diesel. Este trabajo se enmarca en unproyecto de búsqueda de materias primas autóctonas para la producción de biodiesel.Este grupo de trabajo planteó como objetivo inicial el estudio de la reacciónconvencional para la producción de biodiesel, su optimización y análisis para luegoreplicarla con fuentes nativas de aceites vegetales de la región del NOA.De esta manera se presenta un estudio experimental a escala de laboratorio, orientado ala optimización de la producción de biodiesel a partir de la metanólisis básicaanalizando la influencia de cada variable de la reacción.Materiales y MétodosLa optimización de la reacción de transesterificación es uno de los pasos primarios en laproducción de biodiesel. Se realizó la optimización de las condiciones a escalalaboratorio por medio de diseños estadísticos sistemáticos para producir biodiesel.Se realizó el screening de las variables que inciden en la respuesta evaluada, cantidad debiodiesel, por medio del diseño Placket-Burman. El estudio se centró en el efecto de lasvariable, temperatura, concentración del catalizador, tiempo de reacción y la relaciónaceite:metanol (aceite de maíz y metanol) consideradas variables independientes. Sedeterminaron los factores que inciden significativamente sobre la cantidad de biodieselproducida (variable dependiente). Se analizó la información acerca de los valoresóptimos de cada variable para lograr el valor máximo en la cantidad de biodieselobtenida.Resultados y DiscusiónSe realizó el análisis de las variables que influyeron en la producción de biodiesel en undiagrama de Pareto y se observó que la temperatura fue el factor que presento influenciasignificativa sobre la variable respuesta (p=0,022). Por otro lado, este efecto fuesignificativo en el menor nivel evaluado, 50 °C. Esto indica que la máxima producciónde biodiesel se obtuvo a temperaturas moderadas. A temperaturas elevadas, en el casode este trabajo 70 °C si bien se acelera la cinética de la reacción, se produce la pérdidadel alcohol por evaporación. Esto lleva a un menor rendimiento por un lado, y a la3generación de gases tóxicos y jabones lo que lo hace al proceso menos ecológico y demenor rendimiento. El rendimiento de la reacción se vió significativamente afectado porla acidez, pues se presentó la reacción secundaria de neutralización que conduce a laformación de jabones, los cuales en la etapa de purificación forman una interfase entrelos metilésteres.De esta manera, con base en un diseño factorial experimental, utilizando hidróxido desodio como catalizador, se obtuvo la máxima conversión de la reacción de metanólisisbásica cuando se usó metanol:aceite en una relación molar 9:1 el catalizador NaOH enuna concentración 1 mM a 50 °C, durante 120 minutos con un valor de conversión del98 %. Sin embargo, si se reduce la cantidad de catalizador a 0,3 mM la conversión solose disminuye en un 14 %, bajo las mismas condiciones. Es posible obtener niveles altosde conversión de la reacción de metanólisis básica relativamente alta, siempre y cuandose agregue una cantidad adicional de catalizador que garantice la neutralización de losácidos grasos libres. Con esta investigación se ha logrado producir a nivel de laboratoriobiodiesel y esta metodología será la base para la futura producción del biocombustibleutilizando fuentes naturales nativas de aceite.Bibliografía[1] ?ivković S et al.Environ Sci Pollut Res Int. 2018;25(1):191-199.[2] Jiang Yet al. Biotechnol Biofuels. 2019; (22) 12:155[3] Freedman et al., JAOCS, 1984; (10) 1638-1643.[4] Ma, F, and Hanna, M. Bioresource Technology,1999; (70) 1-15.