Obtención de biodiesel utilizando materiales Zn- Ca, y el estudio de las propiedades termodinámicas de mezclas biodiesel + alcano o diesel

Abstract

RESUMEN: Actualmente se requiere como alternativa la utilización de biocombustibles con el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, impulsar la descarbonización de los combustibles de transporte y diversificar las fuentes de su abastecimiento. En este aspecto el biodiesel es un combustible renovable proveniente de aceites vegetales o grasas de origen animal, usado total o parcialmente para reemplazar el combustible diesel de los motores de ignición sin requerir una modificación sustancial de los mismos. Las materias primas más frecuentes para la producción de biodiesel son los aceites de las oleaginosas de producción mundial, tales como colza, girasol, soya y palma. La importancia de este trabajo de investigación es el empleo de catalizadores heterogéneos básicos CaO-ZnO para la obtención de biodiesel por la reacción de transesterificación de aceites, en presencia de un alcohol de cadena corta en este caso metanol. Debido a su bajo precio comparado con otras materias primas se seleccionó aceite de palma como materia prima. El método de precipitación se utilizó para la síntesis de los catalizadores con una solución 1 M de NaOH. La preparación de catalizadores se realizó en un reactor discontinuo con agitación a 343.15 K. Los catalizadores se caracterizaron por FTIR, Raman, XPS, DRX, AFM y TPD. La reacción de transesterificación se realizó a 333 K en un reactor discontinuo. Para evitar la lixiviación del catalizador, se utilizó el óxido metálico el cual presenta una adecuada estabilidad catalítica. Variando la concentración de óxido de Zinc de los catalizadores utilizados CaO-ZnO (ZnO-0%, ZnO-5%, ZnO-10%, ZnO-15%, ZnO-20%), se obtienen mejores resultados con el catalizador al 100% de CaO con respecto a la conversión de ésteres metílicos. Sin embargo con el catalizador ZnO-5%, exhiben mejores resultados de estabilidad catalítica. Para establecer la calidad del biocombustible producido, se determinaron diferentes propiedades; estas fueron: humedad, peso molecular, índice de refracción, pH, predicción del índice de cetano, viscosidad cinemática y densidad. Las propiedades del biodiesel cumplen con las normas establecidas en la ASTM y Europeas. Las propiedades termodinámicas para los sistemas binarios biodiesel + (dodecano o diesel) obtenidas con datos experimentales de densidad y viscosidad fueron representados adecuadamente con las ecuaciones de ajuste correspondientes. ABSTRACT: Nowadays, the use of alternative biofuels is needed with the aim of reducing greenhouse emissions, avoiding the use of fossil fuels and looking for diversifying fuel sources. Therefore, biodiesel is a renewable fuel that is obtained from vegetable oil or animal fats; it can be used total or partially to replace fossil diesel from petroleum in vehicle motors without great modifications in the system engine. The most frequent feedstocks for the production of biodiesel are oilseeds produced around the world such as: rape, sunflower, soy and palm. The importance in this project is the use of heterogeneous basic catalyst CaO-ZnO to obtain biodiesel by means of vegetable oil transesterification, in the presence of a short chain linear alkanol such as methanol. Palm oil was selected as our feedstock since it has a low cost compared with other vegetable oils. Catalysts were synthesized at different concentrations by the precipitation method with a solution 1 M NaOH in a discontinuous reactor under stirring at 343.15 K. These catalysts were characterized by the following techniques: FTIR, Raman, XPS, DRX, AFM and TPD. Transesterification reaction was performed at 333 K in a discontinuous reactor. A metallic oxide with a suitable catalytic stability was used to avoid lixiviation of the material. The synthesized catalyst at different concentrations of zinc oxide (ZnO-0%, ZnO-5%, ZnO- 10%, ZnO-15%, ZnO-20%) performed better results at 100% of CaO based on the methyl-ester conversion. However, the catalyst at ZnO-5% allowed better catalytic stability. Different parameters were evaluated in the produced biofuel to determine the quality as fuel which are based on international methods suggested by ASTM and EN-ISO. These were: humidity, refractive index, pH, cetane index, kinematic viscosity and density. According to these results, our produced biodiesel fulfill the mentioned methods. Thermodynamic properties for the binary systems biodiesel + (dodecane or diesel) calculated from experimental density and viscosity data were satisfactory represented using the corresponding equations.