Biodiésel

El biodiésel o biogasóleo es una forma de combustible diésel derivado de plantas o animales y que consiste en ésteres de ácidos grasos de cadena larga. Por lo general, se elabora mediante la reacción química de lípidos como la grasa animal (sebo), el aceite de soja o algún otro aceite vegetal con un alcohol, produciendo un éster metílico, etílico o propílico mediante el proceso de transesterificación.

A diferencia de los aceites vegetales y de desecho que se utilizan para alimentar los motores diésel convertidos, el biodiésel es un biocombustible directo, lo que significa que es compatible con los motores diésel y la infraestructura de distribución existentes. Sin embargo, por lo general se mezcla con petrodiesel (normalmente en menos del 10 %) ya que la mayoría de los motores no pueden funcionar con biodiesel puro sin modificaciones. Las mezclas de biodiésel también se pueden utilizar como aceite de calefacción.

La Junta Nacional de Biodiesel de EE. UU. define "biodiesel" como un éster monoalquílico.

Mezclas

Las mezclas de biodiésel y diésel convencional a base de hidrocarburos se distribuyen más comúnmente para su uso en el mercado minorista de combustible diésel. Gran parte del mundo utiliza un sistema conocido como el factor "B" para indicar la cantidad de biodiesel en cualquier mezcla de combustible:

• 100% biodiesel se conoce como B100
• 20% biodiesel, 80% petrodiesel está etiquetado como B20
• 7% biodiesel, 93% petrodiesel está etiquetado como B7
• 5% biodiesel, 95% petrodiesel está etiquetado como B5
• 2 % de biodiésel, 98 % de petrodiésel está etiquetado como B2

Las mezclas de biodiésel al 20 % o menos se pueden usar en equipos diésel sin modificaciones o con modificaciones menores, aunque algunos 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. El biodiesel también se puede usar en su forma pura (B100), pero puede requerir ciertas modificaciones en el motor para evitar problemas de mantenimiento y rendimiento. La mezcla de B100 con diesel de petróleo se puede lograr mediante:

• Mezcla en tanques en el punto de fabricación antes de la entrega al camión cisterna
• Mezcla por salpicadura en el camión cisterna (añadiendo porcentajes específicos de biodiesel y diesel de petróleo)
• Mezcla en línea, dos componentes llegan al camión cisterna simultáneamente.
• Los medidores medidos de mezcla de bomba, diésel de petróleo y biodiésel se configuran en X volumen total,

Antecedentes históricos

La transesterificación de un aceite vegetal fue realizada ya en 1853 por Patrick Duffy, cuatro décadas antes de que el primer motor diesel comenzara a funcionar. El modelo principal de Rudolf Diesel, un solo cilindro de hierro de 10 pies (3,05 m) con un volante en su base, funcionó con su propia energía por primera vez en Augsburgo, Alemania, el 10 de agosto de 1893 y solo con aceite de maní. En recuerdo de este evento, el 10 de agosto ha sido declarado “Día Internacional del Biodiesel”.

A menudo se informa que Diesel diseñó su motor para funcionar con aceite de maní, pero este no es el caso. Diesel declaró en sus artículos publicados, "en la Exposición de París en 1900 (Exposition Universelle) la Otto Company mostró allí un pequeño motor diésel que, a petición del gobierno francés, funcionaba con aceite de araquida (tierra-nuez o maní) (ver biodiésel), y funcionaba tan suavemente que solo unas pocas personas estaban consciente de ello. El motor fue construido para usar aceite mineral, y luego fue trabajado en aceite vegetal sin que se hiciera ninguna alteración. El gobierno francés en ese momento pensó en probar la aplicabilidad a la producción de energía de Arachide, o nuez de tierra, que crece en cantidades considerables en sus colonias africanas y puede cultivarse fácilmente allí". El mismo Diesel más tarde realizó pruebas relacionadas y pareció apoyarlo. de la ideaEn un discurso de 1912, Diesel dijo: "El uso de aceites vegetales para combustibles de motor puede parecer insignificante hoy en día, pero tales aceites pueden volverse, 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 diésel derivados del petróleo, se informó de interés en los aceites vegetales como combustibles para motores de combustión interna en varios países durante las décadas de 1920 y 1930 y más tarde durante la Segunda Guerra Mundial. Se informó que Bélgica, Francia, Italia, el Reino Unido, Portugal, Alemania, Brasil, Argentina, Japón y China probaron y usaron aceites vegetales como combustible 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 da como resultado una atomización deficiente del combustible en el rociado de combustible y, a menudo, genera depósitos y coquización 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 describía la alcohólisis (a menudo denominada transesterificación) de aceites vegetales usando 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". Esto es similar (copia) a los métodos patentados utilizados en el siglo XVIII para hacer aceite para lámparas, y puede estar inspirado en algunas antiguas lámparas de aceite históricas.

Más recientemente, en 1977, el científico brasileño Expedito Parente inventó y presentó para patente el primer proceso industrial para la producción de biodiesel. 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". A partir de 2010, la empresa Tecbio de Parente está trabajando con Boeing y la NASA para certificar el bioqueroseno (bioqueroseno), otro producto producido y patentado por el científico brasileño.

La investigación sobre el uso de aceite de girasol transesterificado y su refinación a los estándares del combustible diésel se inició en Sudáfrica en 1979. En 1983, el proceso para producir biodiésel probado en motores con calidad de combustible se completó y se publicó internacionalmente. Una empresa austriaca, Gaskoks, obtuvo la tecnología de los Ingenieros Agrícolas de Sudáfrica; la empresa erigió 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 lanzó la producción local de combustible biodiesel (denominado diéster) a partir de aceite de colza, que se mezcla con el combustible diésel normal en una proporción del 5 %, y en el combustible diésel utilizado por algunas flotas cautivas (por ejemplo, el transporte público) en una proporción del 30 %. Renault, Peugeot y otros fabricantes tienen motores de camiones certificados para usar hasta ese nivel de biodiesel parcial; se están realizando experimentos con biodiésel al 50 %. Durante el mismo período, naciones de otras partes del mundo también vieron cómo se iniciaba la producción local de biodiesel: en 1998, el Instituto Austriaco de Biocombustibles había identificado 21 países con proyectos comerciales de biodiesel. El biodiésel al 100 % ya está disponible en muchas estaciones de servicio normales de toda Europa.

Propiedades

El color del biodiesel varía de dorado a marrón oscuro, según el método de producción. Es ligeramente miscible con agua, tiene un alto punto de ebullición y baja presión de vapor. El punto de inflamación del biodiésel supera los 130 °C (266 °F), significativamente más alto que el del diésel de petróleo, que puede ser tan bajo como 52 °C (126 °F). El biodiesel tiene una densidad de ~0,88 g/cm, superior al petrodiesel (~0,85 g/cm).

El poder calorífico del biodiesel es de unos 37,27 MJ/kg. Esto es un 9% más bajo que el petrodiésel número 2 regular. Las variaciones en la densidad energética del biodiésel dependen más de la materia prima utilizada que del proceso de producción. Aún así, estas variaciones son menores que para el petrodiesel. Se ha afirmado que el biodiésel proporciona una mejor lubricidad y una combustión más completa, lo que aumenta la producción de energía del motor y compensa parcialmente la mayor densidad de energía del petrodiésel.

El biodiésel tampoco contiene prácticamente azufre y, aunque carece de compuestos de azufre como en el petrodiésel que proporciona gran parte de la lubricidad, tiene propiedades lubricantes prometedoras y índices de cetano en comparación con los combustibles diésel con bajo contenido de azufre y, a menudo, se utiliza como aditivo para el diésel con contenido ultrabajo de azufre (ULSD) para ayudar con la lubricación. Los combustibles biodiésel 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.

Aplicaciones

El biodiésel se puede usar 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 alta presión extrema (29 000 psi) tienen límites estrictos de fábrica de B5 o B20, según el fabricante. El biodiésel tiene diferentes propiedades disolventes que el petrodiésel y degradará las juntas y mangueras de caucho natural de los vehículos (en su mayoría vehículos fabricados antes de 1992), aunque tienden a desgastarse de forma natural y lo más probable es que ya hayan sido reemplazados por FKM, que no es reactivo con el biodiésel. Se sabe que el biodiésel descompone los depósitos de residuos en las líneas de combustible donde se ha utilizado petrodiésel.Como resultado, los filtros de combustible pueden obstruirse con partículas si se realiza una transición rápida a 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.

Distribución

Desde la aprobación de la Ley de Política Energética de 2005, el uso de biodiesel ha ido en aumento en los Estados Unidos. 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 biodiésel (B5).

Uso vehicular y aceptación del fabricante.

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 un aditivo de combustible diésel aceptable. 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.

El Grupo Volkswagen ha hecho público un comunicado en el que indica que varios de sus vehículos son compatibles con B5 y B100 fabricados con aceite de colza y compatibles con la norma EN 14214. El uso del tipo de biodiesel especificado en sus automóviles no anulará ninguna garantía.

Mercedes Benz no permite combustibles diésel que contengan más del 5% de biodiésel (B5) debido a preocupaciones sobre "deficiencias de producción". Cualquier daño causado por el uso de tales 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 completamente con biodiésel a base de aceite de pescado. Esto causó a la ciudad algunos problemas mecánicos iniciales, pero después de varios años de refinación, toda la flota se convirtió con éxito.

En 2007, McDonald's del Reino Unido anunció que comenzaría a producir biodiesel a partir del subproducto del aceite de desecho de sus restaurantes. Este combustible se utilizaría para hacer funcionar su flota.

El Chevy Cruze Clean Turbo Diesel 2014, directo de fábrica, tendrá una clasificación de hasta B20 (combinación de 20 % de biodiésel/80 % de diésel normal) compatible con biodiésel

Uso ferroviario

La empresa operadora de trenes británica Virgin Trains West Coast afirmó haber operado el primer "tren de biodiésel" del Reino Unido, cuando se convirtió una Clase 220 para funcionar con un 80% de petrodiésel y un 20% de biodiésel.

El Royal Train británico completó el 15 de septiembre de 2007 su primer viaje con combustible 100 % biodiésel suministrado por Green Fuels Ltd. El príncipe Carlos y el director gerente de Green Fuels, James Hygate, fueron los primeros pasajeros en un tren alimentado completamente con biodiésel. Desde 2007, el Tren Real opera con éxito con B100 (100% biodiésel). Un libro blanco del gobierno también propuso convertir grandes porciones de los ferrocarriles del Reino Unido a biodiesel, pero la propuesta se abandonó posteriormente a favor de una mayor electrificación.

De manera similar, un ferrocarril de línea corta de propiedad estatal en el este de Washington realizó una prueba de una mezcla de 25 % de biodiésel y 75 % de petrodiésel durante el verano de 2008, comprando combustible a un productor de biodiésel ubicado a lo largo de las vías del tren. El tren será propulsado por biodiesel hecho en parte de canola cultivada en regiones agrícolas a través de las cuales pasa la línea corta.

También en 2007, Disneyland comenzó a operar 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 operaría todos los trenes con biodiesel fabricado a partir de sus propios aceites de cocina usados. Este es un cambio de hacer funcionar los trenes con biodiesel a base de soya.

En 2007, el histórico Mt. Washington Cog Railway agregó la primera locomotora de biodiésel a su flota de locomotoras de vapor. La flota ha escalado las laderas occidentales del monte Washington en New Hampshire desde 1868 con un ascenso vertical máximo de 37,4 grados.

El 8 de julio de 2014, 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 Indian Railways.

Uso de aeronaves

Un avión a reacción checo ha realizado un vuelo de prueba completamente propulsado con biodiesel. Sin embargo, otros vuelos a reacción recientes que utilizan biocombustibles han estado utilizando otros tipos de combustibles renovables.

El 7 de noviembre de 2011, United Airlines realizó el primer vuelo de aviación comercial del mundo con un biocombustible derivado de microbios utilizando Solajet™, el combustible para aviones renovable derivado de algas de Solazyme. El avión Eco-skies Boeing 737-800 se alimentó con un 40 por ciento de Solajet y un 60 por ciento de combustible para aviones derivado del petróleo. El vuelo comercial Eco-skies 1403 partió del aeropuerto IAH de Houston a las 10:30 y aterrizó en el aeropuerto ORD de Chicago a las 13:03.

En septiembre de 2016, la aerolínea de bandera holandesa KLM contrató a AltAir Fuels para suministrar biocombustible a todos los vuelos de KLM que salen del Aeropuerto Internacional de Los Ángeles. Durante los próximos tres años, la empresa con sede en Paramount, California, bombeará biocombustible directamente al aeropuerto desde su refinería cercana.

Como aceite de calefacción

El biodiésel también se puede utilizar como combustible de calefacción en calderas domésticas y comerciales, una mezcla de aceite de calefacción y biocombustible que está estandarizada y gravada de forma ligeramente diferente a la del combustible diésel utilizado para el transporte. El combustible Bioheat es una mezcla patentada de biodiesel y aceite de calefacción tradicional. Bioheat es una marca registrada de National Biodiesel Board [NBB] y National Oilheat Research Alliance [NORA] en los Estados Unidos y Columbia Fuels en Canadá. El biodiesel para calefacción está disponible en varias mezclas. La norma ASTM 396 reconoce las mezclas de hasta un 5 por ciento de biodiésel como equivalentes al aceite de calefacción de petróleo puro. Muchos consumidores utilizan mezclas de niveles más altos de hasta un 20% de biocombustibles. Se están realizando investigaciones para determinar si tales mezclas afectan el rendimiento.

Los hornos más antiguos pueden contener piezas de goma que se verían afectadas por las propiedades disolventes del biodiésel, pero que, de lo contrario, pueden quemar biodiésel sin necesidad de conversión alguna. Se debe tener cuidado, dado que los barnices dejados por el petrodiesel se liberarán y pueden obstruir las tuberías; se requiere filtrado de combustible y reemplazo rápido del filtro. Otro enfoque es comenzar a usar biodiesel como una 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 solventes del biodiesel, el horno se limpia y generalmente se vuelve más eficiente.

Una ley aprobada por el gobernador de Massachusetts, Deval Patrick, requiere 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. La ciudad de Nueva York ha aprobado una ley similar.

Limpieza de derrames de aceite

Dado que entre el 80% y el 90% de los costos de los derrames de petróleo se invierten en la limpieza de la costa, existe una búsqueda de métodos más eficientes y rentables para extraer los derrames de petróleo de las costas. El biodiesel ha mostrado su capacidad para disolver significativamente el petróleo crudo, dependiendo de la fuente de los ácidos grasos. En un entorno de laboratorio, los sedimentos aceitados que simulaban costas contaminadas se rociaron con una sola capa de biodiesel y se expusieron a mareas simuladas.El biodiesel es un solvente efectivo para el petróleo debido a su componente de éster metílico, que reduce considerablemente la viscosidad del petróleo crudo. Además, tiene una mayor flotabilidad que el petróleo crudo, lo que luego ayuda a su eliminación. Como resultado, se eliminó el 80 % del petróleo de los adoquines 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 skimmers. Cualquier mezcla restante se descompone fácilmente debido a la alta biodegradabilidad del biodiesel y la mayor exposición del área de superficie de la mezcla.

Biodiesel en generadores

En 2001, UC Riverside instaló un sistema de energía de respaldo de 6 megavatios que funciona completamente con biodiesel. Los generadores diésel de respaldo permiten a las empresas evitar apagones dañinos de operaciones críticas a expensas de altas tasas de contaminación y emisiones. Al usar B100, estos generadores pudieron eliminar esencialmente los subproductos que resultan en emisiones de smog, ozono y azufre. El uso de estos generadores en áreas residenciales alrededor de escuelas, hospitales y el público en general da como resultado reducciones sustanciales de monóxido de carbono venenoso y partículas.

Eficiencia de combustible

La potencia de salida del biodiesel depende de su mezcla, calidad y condiciones de carga bajo las cuales se quema el combustible. La eficiencia térmica, por ejemplo, de B100 en comparación con B20 variará debido al diferente contenido de energía de las distintas mezclas. La eficiencia térmica de un combustible se basa en parte en las características del combustible tales como: viscosidad, densidad específica y punto de inflamación; estas características cambiarán a medida que varíen las mezclas y la calidad del biodiésel. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales ha establecido estándares para juzgar la calidad de una muestra de combustible determinada.

Un estudio encontró que la eficiencia térmica del freno del B40 era superior a la del petróleo tradicional con relaciones de compresión más altas (esta mayor eficiencia térmica del freno se registró con 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 implicaba que este aumento en la eficiencia se debía a la densidad del combustible, la viscosidad y los valores caloríficos de los combustibles.

Combustión

Los sistemas de combustible de algunos motores diésel modernos no se diseñaron para admitir biodiésel, mientras que muchos motores de servicio pesado pueden funcionar con mezclas de biodiésel hasta B20.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 de riel común funciona a más de 30 000 PSI en la punta del inyector. Los componentes están diseñados para funcionar en un amplio rango de temperatura, 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 estándares de emisión para los motores diésel, la necesidad de controlar las emisiones nocivas se integra en 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 menor calidad en comparación con 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 tanto de la atomización como de la combustión permite una mayor eficiencia de los motores diesel modernos, así como un mayor control sobre las emisiones. Los componentes dentro de un sistema de combustible diésel interactúan con el combustible de una manera que garantiza un funcionamiento eficiente del sistema de combustible y, por lo tanto, del motor. Si se introduce un combustible fuera de las especificaciones en un sistema que tiene parámetros de funcionamiento específicos, 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. Si se introduce un combustible fuera de las especificaciones en un sistema que tiene parámetros de funcionamiento específicos, 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. Si se introduce un combustible fuera de las especificaciones en un sistema que tiene parámetros de funcionamiento específicos, 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.

Un estudio encontró que durante la atomización, el biodiesel y sus mezclas produjeron 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 gotitas en la periferia del patrón de rociado tenían un diámetro mayor que las gotitas en el centro. Esto se atribuyó a la caída de presión más rápida en el borde del patrón de rociado; hubo una relación proporcional entre el tamaño de la gota y la distancia desde la punta del inyector. Se encontró que B100 tuvo la mayor penetración de aspersión, esto se atribuyó a la mayor densidad de B100.Tener un tamaño de gota mayor puede conducir a ineficiencias en la combustión, mayores emisiones y menor potencia. En otro estudio se encontró que hay un corto retraso en la inyección cuando se inyecta 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 biodiésel sobre el petrodiésel tradicional conducen a una atomización deficiente, así como a la penetración de la mezcla con el aire durante el período de retardo del encendido. Otro estudio señaló que este retraso en la ignición puede ayudar a disminuir _las emisiones de NOx.

Emisiones

Las emisiones son inherentes a la combustión de combustibles diésel que están reguladas por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (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 los combustibles y mitigar las emisiones. Hay una serie de nuevas tecnologías que se están introduciendo gradualmente 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.

Un estudio realizado por la Universidad Nacional de Chonbuk concluyó que una mezcla de biodiésel B30 redujo 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 _{aumentan sin la aplicación de un sistema EGR.} El estudio también concluyó que, con EGR, una mezcla de biodiesel B20 redujo considerablemente las emisiones del motor. Además, el análisis realizado por la Junta de Recursos del Aire de California encontró que el biodiésel tenía las emisiones de carbono más bajas de los combustibles probados, que son diésel con contenido ultrabajo de azufre, gasolina, etanol a base de maíz, gas natural comprimido y cinco tipos de biodiésel de diferentes materias primas.. Sus conclusiones también mostraron una gran variación en las emisiones de carbono del biodiésel en función de la materia prima utilizada. De la soya, el sebo, la canola, el maíz y el aceite de cocina usado, la soya mostró las emisiones de carbono más altas, mientras que el aceite de cocina usado produjo las más bajas.

Mientras se estudiaba el efecto del biodiésel en los filtros de partículas diésel, se descubrió que, aunque la presencia de carbonatos de sodio y potasio ayudaba a la conversión catalítica de las cenizas, a medida que se catalizan las partículas diésel, pueden acumularse dentro del DPF e interferir con las holguras. del filtro Esto puede causar que el filtro se obstruya e interfiera con el proceso de regeneración. En un estudio sobre el impacto de las tasas de EGR con mezclas de biodiesel de jathropa, se demostró que hubo una disminución en la eficiencia del combustible y la salida 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 gases de escape pero NO _xlos niveles disminuyeron. El nivel de opacidad de las mezclas de jathropa estaba en un rango aceptable, donde el diesel 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 diesel tradicional dentro de un cierto rango operativo del sistema EGR.

A partir de 2017, los combustibles biodiésel mezclados (especialmente B5, B8 y B20) se usan 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 de emisiones significativas en comparación con el diesel regular.

Compatibilidad de materiales

• Plásticos: El polietileno de alta densidad (HDPE) es compatible, pero el cloruro de polivinilo (PVC) se degrada lentamente. El poliestireno se disuelve al contacto con el biodiesel.
• Metales: El biodiésel (como el metanol) tiene un efecto sobre los materiales a base de cobre (por ejemplo, el latón) y también afecta al zinc, el estaño, el plomo y el hierro fundido. Los aceros inoxidables (316 y 304) y el aluminio no se ven afectados.
• Caucho: El biodiesel también afecta a los tipos de cauchos naturales que se encuentran en algunos componentes de motores más antiguos. Los estudios también han encontrado que los elastómeros fluorados (FKM) curados con peróxido y óxidos de metales base pueden degradarse cuando el biodiésel pierde su estabilidad debido a la oxidación. Se encontró que los cauchos sintéticos FKM-GBL-S y FKM-GF-S de uso común que se encuentran en los vehículos modernos manejan biodiesel en todas las condiciones.

Estándares técnicos

El biodiésel tiene una serie de estándares para su calidad, incluido el estándar europeo EN 14214, ASTM International D6751 y el estándar nacional de Canadá CAN/CGSB-3.524.

ASTM D6751 (Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales) detalla los estándares y especificaciones para biodiesel mezclado con combustibles destilados medios. Este estándar de especificación especifica varios métodos de prueba para ser utilizados en la determinación de ciertas propiedades para mezclas de biodiesel. Algunas de las pruebas mencionadas incluyen el punto de inflamación y la viscosidad cinemática.[4]

Gelificación a baja temperatura

Cuando el biodiesel se enfría por debajo de cierto punto, algunas de las moléculas se agregan y forman cristales. El combustible comienza a verse turbio una vez que los cristales se vuelven más grandes que una cuarta parte 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 vuelven 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).A medida que el biodiésel se enfría más, gelificará y luego se solidificará. Dentro de Europa, existen diferencias en los requisitos de CFPP entre países. Esto se refleja en las diferentes normas nacionales de esos países. La temperatura a la que el biodiesel puro (B100) comienza a gelificarse 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 biodiésel producido a partir de variedades de semilla de canola (RME) con bajo contenido de ácido erúcico comienza a gelificarse aproximadamente a -10 °C (14 °F). El biodiésel 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.Hay una serie de aditivos disponibles en el mercado que reducirán significativamente el punto de fluidez y el punto de obstrucción del filtro en frío del biodiésel puro. El funcionamiento en invierno también es posible mezclando biodiésel con otros aceites combustibles, incluido el combustible diésel con bajo contenido de azufre n.º 2 y el diésel/queroseno n.º 1.

Otro enfoque para facilitar el uso de biodiesel en condiciones de frío es emplear un segundo tanque de combustible para biodiesel además del tanque de combustible diesel estándar. El segundo depósito de combustible se puede aislar y se hace pasar por el depósito un serpentín de calefacción que utiliza refrigerante del motor. Los depósitos de combustible se pueden cambiar cuando el combustible está suficientemente caliente. Se puede usar un método similar para operar vehículos diesel usando aceite vegetal puro.

Contaminación por agua

El biodiesel puede contener pequeñas pero problemáticas cantidades de agua. Aunque solo es ligeramente miscible con agua, es higroscópico. 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. Además, puede haber agua residual del procesamiento o resultante de la condensación del tanque de almacenamiento. La presencia de agua es un problema porque:

• El agua reduce el calor de la combustión del combustible, lo que genera humo, dificulta el arranque y reduce la potencia.
• El agua provoca la corrosión de los componentes del sistema de combustible (bombas, líneas de combustible, etc.)
• Los microbios en el agua hacen que los filtros de elementos de papel en el sistema se pudran y fallen, provocando fallas en la bomba de combustible debido a la ingestión de partículas grandes.
• El agua se congela para formar cristales de hielo que proporcionan sitios para la nucleación, lo que acelera la gelificación del combustible.
• El agua provoca picaduras en los pistones.

Anteriormente, la cantidad de biodiesel que contamina el agua ha sido 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.

La contaminación del agua también es un problema potencial cuando se usan ciertos catalizadores químicos involucrados en el proceso de producción, lo que reduce sustancialmente la eficiencia catalítica de los catalizadores básicos (alto pH) 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 aceite 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.

Disponibilidad y precios

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.

En 2007, en los Estados Unidos, los precios minoristas promedio (en el surtidor), incluidos los impuestos federales y estatales sobre el combustible, de B2/B5 fueron más bajos que el diesel de petróleo en alrededor de 12 centavos, y las mezclas de B20 fueron las mismas que las del petrodiesel. Sin embargo, como parte de un cambio drástico en el precio del diésel, en julio de 2009, el DOE de EE. UU. informaba costos promedio de B20 15 centavos por galón más altos que el diésel de petróleo ($2,69/gal frente a $2,54/gal). B99 y B100 generalmente cuestan más que el petrodiesel, excepto cuando los gobiernos locales brindan un incentivo fiscal o un subsidio. En el mes de octubre de 2016, el Biodiesel (B20) fue 2 centavos por galón más bajo que el petrodiesel.

Producción

El biodiésel se produce comúnmente mediante la transesterificación del aceite vegetal o materia prima de grasa animal y otras materias primas no comestibles como el aceite para freír, etc. Existen varios métodos para llevar a cabo esta reacción de transesterificación, incluido el proceso por lotes común, catalizadores heterogéneos, supercríticos procesos, métodos ultrasónicos e incluso métodos de microondas.

Químicamente, el biodiésel 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 denominados ésteres metílicos de ácidos grasos - FAME), ya que es el alcohol más barato disponible, aunque el etanol se puede utilizar para producir un éster etílico (comúnmente denominados como el éster etílico de ácidos grasos (FAEE) biodiésel y alcoholes superiores como el isopropanol y el butanol. El uso de alcoholes de pesos moleculares más altos 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 esterifican (produciendo más biodiesel) utilizando un catalizador ácido. Después de este procesamiento, a diferencia del aceite vegetal puro, el biodiesel tiene propiedades de combustión muy similares a las del diesel de petróleo y puede reemplazarlo en la mayoría de los usos actuales.

El metanol utilizado en la mayoría de los procesos de producción de biodiésel se fabrica utilizando insumos de combustibles fósiles. Sin embargo, existen fuentes de metanol renovables que utilizan dióxido de carbono o biomasa como materia prima, lo que hace que sus procesos de producción estén libres de combustibles fósiles.

Un subproducto del proceso de transesterificación es la producción de glicerol. Por cada tonelada de biodiésel que se fabrica, se producen 100 kg de glicerol. Originalmente, había un mercado valioso para el glicerol, que ayudó a la economía del proceso en su conjunto. Sin embargo, con el aumento de la producción mundial de biodiésel, 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 básico (consulte el producto químico intermedio en el artículo de Wikipedia "Glicerol"). Una iniciativa en el Reino Unido es The Glycerol Challenge.

Por lo general, este glicerol crudo tiene que purificarse, normalmente realizando una destilación al vacío. Esto es bastante intensivo en energía. El glicerol refinado (más del 98 % de pureza) se puede utilizar directamente o convertir en otros productos. En 2007 se realizaron los siguientes anuncios: una empresa conjunta de Ashland Inc. y Cargill anunció planes para fabricar propilenglicol en Europa a partir de glicerol y Dow Chemical anunció planes similares para América del Norte. Dow también planea construir una planta en China para producir epiclorhidrina a partir de glicerol. La epiclorhidrina es una materia prima para las resinas epoxi.

Niveles de producción

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%. Para el año 2006, el último del que se pudieron obtener cifras reales de producción, la producción mundial total de biodiesel fue de 5 a 6 millones de toneladas, con 4,9 millones de toneladas procesadas en Europa (de las cuales 2,7 millones de toneladas procedían de Alemania) y la mayor parte del resto De los Estados Unidos. En 2008, solo en Europa, la producción ascendió a 7,8 millones de toneladas. En julio de 2009, se agregó un arancel al biodiesel estadounidense importado en la Unión Europea para equilibrar la competencia de los productores europeos, especialmente alemanes. La capacidad para 2008 en Europa ascendió a 16 millones de toneladas. Esto se compara con una demanda total de diesel en los EE. UU. y Europa de aproximadamente 490 millones de toneladas (147 mil millones de galones). La producción mundial total de aceite vegetal para todos los propósitos en 2005–06 fue de alrededor de 110 millones de toneladas, con alrededor de 34 millones de toneladas de aceite de palma y aceite de soja. A partir de 2018, Indonesia es el principal proveedor mundial de biocombustible a base de aceite de palma con una producción anual de 3,5 millones de toneladas y se espera que exporte alrededor de 1 millón de toneladas de biodiésel.

La producción de biodiesel en EE. UU. en 2011 llevó a la industria a un nuevo hito. Bajo el Estándar de Combustible Renovable 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. Este número 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.

Materias primas de biodiésel

Aceites vegetales
La soja se utiliza como fuente de biodiesel
Tipos
Aceite vegetal (lista)Aceite macerado (lista)Aceite esencial (lista)
Usos
aceite secantePintura de aceiteAceite de cocinaGasolinabiodiésel
Componentes
Grasa saturadaGrasa monosaturadaGrasa poli-insaturadaGrasas trans
vtmi

Se puede utilizar una variedad de aceites para producir biodiesel. Éstos incluyen:

• Materia prima de aceite virgen: los aceites de colza y soja son los más utilizados, y el aceite de soja representa aproximadamente la mitad de la producción de EE. UU. También se puede obtener de pongamia, pennycress y jatropha y otros cultivos como mostaza, jojoba, lino, girasol, aceite de palma, coco y cáñamo (ver lista de aceites vegetales para biocombustibles para más información);
• aceite vegetal de desecho (WVO);
• Grasas animales que incluyen sebo, manteca de cerdo, grasa amarilla, grasa de pollo y los subproductos de la producción de ácidos grasos Omega-3 a partir del aceite de pescado.
• Algas, que se pueden cultivar utilizando materiales de desecho como aguas residuales y sin desplazar la tierra que actualmente se utiliza para la producción de alimentos.
• Aceite de plantas halófitas como Salicornia bigelovii, que se puede cultivar con agua salada en áreas costeras donde no se pueden cultivar cultivos convencionales, con rendimientos iguales a los rendimientos de la soja y otras semillas oleaginosas cultivadas con agua dulce.
• Lodos de aguas residuales: el campo de conversión de aguas residuales en biocombustibles está atrayendo el interés de grandes empresas como Waste Management y nuevas empresas como InfoSpi, que apuestan a que el biodiésel de aguas residuales renovables puede competir con el diésel de petróleo en precio.

Muchos defensores sugieren que el aceite vegetal de desecho es la mejor fuente de aceite 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 del hogar en el mundo, esta solución local no podría escala a la tasa actual de consumo.

Las grasas animales son un subproducto de la producción y cocción de la carne. Aunque no sería eficiente criar animales (o capturar peces) simplemente por su grasa, el uso del subproducto agrega valor a la industria ganadera (cerdos, vacas, aves). Hoy en día, las instalaciones de biodiésel de múltiples materias primas están produciendo biodiésel de alta calidad a base de grasa animal. 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 biodiésel a partir de algunos de los 1.000 millones de kg (2.200 millones de libras) de grasa de pollo que se estima se producen anualmente en la planta local. Planta avícola Tyson. Del mismo modo, algunas fábricas de biodiésel a pequeña escala utilizan aceite de pescado de desecho como materia prima. Un proyecto financiado por la UE (ENERFISH) sugiere que en una planta vietnamita para producir biodiésel a partir de bagre (basa, también conocido como pangasius), se puede producir una producción de 13 toneladas/día de biodiésel a partir de 81 toneladas de desechos de pescado (que a su vez resultan de 130 toneladas de pescado). Este proyecto utiliza el biodiesel para alimentar una unidad CHP en la planta de procesamiento de pescado, principalmente para alimentar la planta de congelación de pescado.

Cantidad de materias primas requeridas

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 fertilización resultante, el uso de pesticidas y la conversión del uso de la tierra que se necesitaría para producir el aceite vegetal adicional. Según la Administración de Información Energética del Departamento de Energía de EE. UU., el combustible diésel para el transporte y el aceite para calefacción doméstico que se estima que se usan en los Estados Unidos es de aproximadamente 160 millones de toneladas (350 000 millones de libras). En los Estados Unidos, la producción estimada de aceite vegetal para todos los usos es de aproximadamente 11 millones de toneladas (24 000 millones de libras) y la producción estimada de grasa animal es de 5,3 millones de toneladas (12 000 millones de libras).

Si toda el área de tierra cultivable de los EE. UU. (470 millones de acres, o 1,9 millones de kilómetros cuadrados) se dedicara a la producción de biodiésel a partir de soja, esto proporcionaría casi los 160 millones de toneladas necesarias (suponiendo un optimista 98 ​​gal EE.UU./acre de biodiésel). En principio, esta superficie terrestre podría reducirse significativamente utilizando algas, si se pueden superar los obstáculos. El DOE de EE. UU. estima que si el combustible de algas reemplazara todo el combustible de petróleo en los Estados Unidos, se necesitarían 15 000 millas cuadradas (39 000 kilómetros cuadrados), que son unos miles de millas cuadradas más grandes que Maryland, o un 30 % más que el área de Bélgica.,suponiendo un rendimiento de 140 toneladas/ha (15 000 gal EE.UU./acre). Dado un rendimiento más realista de 36 toneladas/hectárea (3834 gal EE.UU./acre), el área requerida es de aproximadamente 152 000 kilómetros cuadrados, o aproximadamente igual a la del estado de Georgia o de Inglaterra y Gales. Las ventajas de las algas son que se pueden cultivar en tierras no cultivables, como los desiertos o en ambientes marinos, y los rendimientos potenciales de aceite son mucho mayores que los de las plantas.

Producir

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.

Cosecha	Producir
L/ha	galón estadounidense/acre
aceite de palma	4752	508
Coco	2151	230
Cyperus esculentus	1628	174
colza	954	102
Soya (Indiana)	554-922	59,2–98,6
sebo chino	907	97
Maní	842	90
Girasol	767	82
Cáñamo	242	26
^Saltar a: "Biocombustibles: algunos números". Grist.org. 2006-02-08. Archivado desde el original el 01-03-2010. Consultado el 15 de marzo de 2010.^ Makareviciene et al., "Oportunidades para el uso de juncia de chufa en la producción de biodiesel",Cultivos y productos industriales, 50 (2013) p. 635, cuadro 2.^ Klass, Donald, "Biomasa para energía renovable, combustiblesy productos químicos", página 341. Academic Press, 1998.^ Kitani, Osamu, "Volumen V: Ingeniería de energía y biomasa,Manual de ingeniería agrícola de CIGR", Sociedad Amer de agricultura, 1999.

Los rendimientos de combustible de las algas aún no se han determinado con precisión, pero se informa que el DOE dice que las algas producen 30 veces más energía por acre que los cultivos terrestres como la soja. 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 por hectárea.

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 en el extremo inferior sitúan el rendimiento en alrededor de 200 gal EE.UU./acre (1,5-2 toneladas por hectárea) por cultivo; en climas más favorables se han logrado dos o más cosechas por año. Se cultiva en Filipinas, Malí e India, es resistente a la sequía y puede compartir espacio con otros cultivos comerciales como el café, el azúcar, las frutas y las verduras. Se adapta bien a las tierras semiáridas y puede contribuir a frenar la desertificación, según sus defensores.

Eficiencia y argumentos económicos

Según un estudio de los Dres. Van Dyne y Raymer para Tennessee Valley Authority, la granja estadounidense promedio consume combustible a razón de 82 litros por hectárea (8,75 gal EE.UU./acre) de tierra para producir un cultivo. Sin embargo, los cultivos promedio de colza producen aceite a una tasa promedio de 1029 L/ha (110 gal EE.UU./acre), y los campos de colza de alto rendimiento producen alrededor de 1356 L/ha (145 gal EE.UU./acre). La relación de entrada a salida en estos casos es aproximadamente 1:12,5 y 1:16,5. Se sabe que la fotosíntesis tiene una tasa de eficiencia de alrededor del 3 al 6 % de la radiación solar total y si la masa total de un cultivo se utiliza para la producción de energía, la eficiencia general de esta cadena es actualmente de alrededor del 1 %.Si bien esto puede compararse desfavorablemente con las celdas solares combinadas con un tren de transmisión eléctrico, el biodiesel es menos costoso de implementar (las celdas solares cuestan aproximadamente US$250 por metro cuadrado) y transportar (los vehículos eléctricos requieren baterías que actualmente tienen una densidad de energía mucho más baja que los combustibles líquidos). Un estudio de 2005 encontró que la producción de biodiesel usando soya requería un 27% más de energía fósil que el biodiesel producido y un 118% más de energía usando girasoles.

Sin embargo, estas estadísticas por sí solas no son suficientes para mostrar si tal cambio tiene sentido económico. Deben tenerse en cuenta factores adicionales, tales como: el equivalente en combustible de la energía requerida para el procesamiento, el rendimiento del combustible a partir del petróleo crudo, el rendimiento del cultivo de alimentos, el efecto que tendrá el biodiesel en los precios de los alimentos y el costo relativo del biodiesel versus petrodiesel, la contaminación del agua por la escorrentía agrícola, el agotamiento del suelo y los costos externalizados de la interferencia política y militar en los países productores de petróleo con el fin de controlar el precio del petrodiesel.

El debate sobre el balance energético del biodiesel está en curso. 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 grandes economías, ya que el consumo de energía aumenta con la producción económica.

Si solo se usan plantas alimenticias tradicionales, la mayoría de esas naciones no tienen suficiente tierra cultivable para producir biocombustible para los vehículos de la nación. Las naciones con economías más pequeñas (por lo tanto, menos consumo de energía) y más tierra cultivable pueden estar en mejores situaciones, aunque muchas regiones no pueden darse el lujo de desviar la tierra de la producción de alimentos.

Para los países del tercer mundo, las fuentes de biodiesel que utilizan tierras marginales podrían tener más sentido; por ejemplo, nueces de árboles de aceite pongam cultivadas a lo largo de las carreteras o jatrofa cultivada a lo largo de las vías férreas.

En regiones tropicales, como Malasia e Indonesia, se están plantando plantas que producen aceite de palma a un ritmo acelerado 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 racional, ya que la expansión de las plantaciones de palma aceitera representa una amenaza para la selva tropical natural y la biodiversidad.

Se ha estimado en Alemania que el diesel de aceite de palma tiene menos de un tercio de los costos de producción del biodiesel de colza. La fuente directa del contenido energético del biodiesel es la energía solar captada por las plantas durante la fotosíntesis. En cuanto al balance energético positivo del biodiésel:Cuando se dejó paja en el campo, la producción de biodiésel fue muy positiva desde el punto de vista energético, produciendo 1 GJ de biodiésel por cada 0,561 GJ de entrada de energía (una relación rendimiento/costo de 1,78).Cuando se quemaba paja como combustible y se usaba harina de colza como fertilizante, la relación rendimiento/costo para la producción de biodiésel era incluso mejor (3,71). En otras palabras, por cada unidad de entrada de energía para producir biodiesel, la salida fue de 3,71 unidades (la diferencia de 2,71 unidades sería de energía solar).

Impacto económico

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 generó más de 64,000 empleos. El crecimiento del biodiesel también ayuda a aumentar significativamente el PIB. En 2011, el biodiesel generó más de $3 mil millones en PIB. A juzgar por el crecimiento continuo en el Estándar de Combustible Renovable y la extensión del incentivo fiscal del biodiesel, la cantidad de empleos puede aumentar a 50,725, $2,700 millones en ingresos y llegar a $5,000 millones en PIB para 2012 y 2013.

Seguridad energética

Uno de los principales impulsores de la adopción del biodiesel es la seguridad energética. Esto significa que la dependencia del petróleo de una nación se reduce y se sustituye por el uso de fuentes disponibles localmente, como carbón, gas o fuentes renovables. Así, un país puede beneficiarse de la adopción de biocombustibles, sin una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Si bien se debate el balance energético total, es claro que se reduce la dependencia del petróleo. Un ejemplo es la energía utilizada para fabricar fertilizantes, que podría provenir de una variedad de fuentes distintas al petróleo. El Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. (NREL, por sus siglas en inglés) afirma que la seguridad energética es la principal fuerza impulsora detrás del programa de biocombustibles de EE. UU. y una "Seguridad energética para el siglo XXI" de la Casa Blanca.El ex presidente de la comisión de la UE, José Manuel Barroso, 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.

Políticas globales de biocombustibles

Muchos países de todo el mundo están involucrados en el uso y la producción crecientes de biocombustibles, como el biodiesel, como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles y al petróleo. Para fomentar la industria de biocombustibles, los gobiernos han implementado legislaciones y leyes como incentivos para reducir la dependencia del petróleo y aumentar el uso de energías renovables. Muchos países tienen sus propias políticas independientes con respecto a la tributación y el reembolso del uso, la importación y la producción de biodiesel.

Canadá

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. El Programa EcoENERGY para Biocombustibles subsidió la producción de biodiesel, entre otros biocombustibles, a través de una tasa de incentivo de CAN$0,20 por litro de 2008 a 2010. Se aplicará una disminución de $0,04 cada año subsiguiente, hasta que la tasa de incentivo llegue a $0,06 en 2016. Individual las provincias también tienen medidas legislativas específicas con respecto al uso y producción de biocombustibles.

Estados Unidos

El Crédito Fiscal Volumétrico al Consumo de Etanol (VEETC) era la principal fuente de apoyo financiero para los biocombustibles, pero estaba programado para expirar en 2010. A través de esta ley, la producción de biodiesel garantizaba un crédito fiscal de US$1 por galón producido a partir de aceites vírgenes, y $0.50 por galón hecho de aceites reciclados. Actualmente, el aceite de soja se utiliza para producir biodiésel de soja para muchos fines comerciales, como la mezcla de combustible para los sectores del transporte.

Unión Europea

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 en combustibles, incluidas sanciones si no se alcanzan esas tasas. En Francia, el objetivo era llegar al 10% de integración, pero los planes para eso se detuvieron en 2010. Como incentivo para que los países de la Unión Europea continúen con la producción del biocombustible, existen devoluciones de impuestos para cuotas específicas de biocombustible producido. En Alemania, el porcentaje mínimo de biodiésel en el gasóleo de transporte se establece en un 7 %, denominado "B7".

Malasia

Malasia planea implementar su adopción a nivel nacional del programa de biocombustible de aceite de palma B20 para fines de 2022. El mandato para fabricar biocombustible con un 20 % de aceite de palma, 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.

Efectos ambientales

La oleada de interés en los biodiesel ha puesto de relieve una serie de efectos ambientales asociados con su uso. Estos incluyen potencialmente reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero, la deforestación, la contaminación y la tasa de biodegradación.

De acuerdo con el Análisis de impacto regulatorio del Programa de estándares de combustibles renovables de la EPA, publicado en febrero de 2010, el biodiésel de aceite de soja da como resultado, en promedio, una reducción del 57 % en los gases de efecto invernadero en comparación con el diésel de petróleo, y el biodiésel producido a partir de grasa residual da como resultado una reducción del 86 %. reducción. Consulte el capítulo 2.6 del informe de la EPA para obtener información más detallada.

Sin embargo, organizaciones ambientalistas, por ejemplo, Rainforest Rescue y Greenpeace, critican el cultivo de plantas utilizadas para la producción de biodiesel, por ejemplo, palma aceitera, soya y caña de azúcar. La deforestación de las selvas tropicales exacerba el cambio climático y se destruyen ecosistemas sensibles para despejar tierras para plantaciones de palma aceitera, soja y caña de azúcar. Además, que los biocombustibles contribuyen al hambre en el mundo, ya que la tierra cultivable ya no se usa para cultivar alimentos. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) publicó datos en enero de 2012, que muestran que los biocombustibles hechos de aceite de palma no contarán para el mandato de combustibles renovables de la nación, ya que no son amigables con el clima.Los ambientalistas dan la bienvenida a la conclusión porque el crecimiento de las plantaciones de palma aceitera ha impulsado la deforestación tropical, por ejemplo, en Indonesia y Malasia.

Alimentos, tierra y agua versus combustible

En algunos países pobres, el aumento del precio del aceite vegetal está causando problemas. Algunos proponen que el combustible solo se haga a partir de aceites vegetales no comestibles como camelina, jatropha o malva marina, que pueden prosperar en tierras agrícolas marginales donde muchos árboles y cultivos no crecerán o producirán solo rendimientos bajos.

Otros argumentan 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. La ley de la oferta y la demanda predice que si menos agricultores producen alimentos, el precio de los alimentos aumentará. Puede tomar algún tiempo, ya que los agricultores pueden tomar algún tiempo para cambiar qué cosas están cultivando, pero es probable que el aumento de la demanda de biocombustibles de primera generación resulte en aumentos de precios para muchos tipos de alimentos. Algunos han señalado que hay agricultores pobres y países pobres que ganan más dinero debido al precio más alto del aceite vegetal.

El biodiésel de algas marinas no necesariamente desplazaría la tierra terrestre que actualmente se utiliza para la producción de alimentos y se podrían crear nuevos puestos de trabajo en el cultivo de algas.

En comparación, debe mencionarse que la producción de biogás utiliza desechos agrícolas para generar un biocombustible conocido como biogás y también produce compost, lo que mejora la agricultura, la sostenibilidad y la producción de alimentos.

La investigación actual

Hay investigaciones en curso para encontrar cultivos más adecuados y mejorar el rendimiento del aceite. Otras fuentes son posibles, incluida la materia fecal humana, con Ghana construyendo su primera "planta de biodiesel alimentada con lodos fecales". Usando los rendimientos actuales, se necesitarían grandes cantidades de tierra y agua dulce para producir suficiente petróleo para reemplazar completamente el uso de combustibles fósiles. Sería necesario dedicar el doble de la superficie terrestre de los EE. UU. a la producción de soja, o dos tercios a la producción de colza, para satisfacer las necesidades actuales de calefacción y transporte de los EE. UU.

Las variedades de mostaza especialmente criadas 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 sobrante después de extraer el aceite puede actuar como un pesticida efectivo y biodegradable.

NFESC, 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.

Un grupo de desarrolladores españoles que trabajan para una empresa llamada Ecofasa anunció un nuevo biocombustible hecho 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.

Otro enfoque que no requiere el uso de productos químicos para la producción implica el uso de microbios modificados genéticamente.

Biodiésel de algas

De 1978 a 1996, el NREL de EE. UU. experimentó con el uso de algas como fuente de biodiésel en el "Programa de especies acuáticas". Un artículo autopublicado por Michael Briggs, en UNH Biodiesel Group, ofrece estimaciones para el reemplazo realista de todos los combustibles vehiculares con biodiesel utilizando algas que tienen un contenido de aceite natural superior al 50 %, que Briggs sugiere que se pueden cultivar en estanques de algas. en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Estas algas ricas en aceite se pueden extraer del sistema y procesar en biodiesel, con el resto seco reprocesado para crear etanol.

La producción de algas para cosechar aceite para biodiesel aún no se ha llevado a cabo a escala comercial, pero se han realizado estudios de factibilidad para llegar a la estimación de rendimiento anterior. Además de su alto rendimiento proyectado, 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 tierras de cultivo ni agua dulce. Muchas empresas buscan biorreactores de algas para diversos fines, incluido el aumento de la producción de biodiésel a niveles comerciales. Los lípidos del biodiésel podrían extraerse de algas húmedas mediante una reacción sencilla y económica en líquidos iónicos.

Pongamia

Millettia pinnata, también conocida como Pongam Oiltree o Pongamia, es un árbol leguminoso que produce semillas oleaginosas que ha sido identificado como candidato 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 fuel oil. Pongamia crece en tierras marginales no aptas para cultivos alimentarios y no requiere fertilizantes de nitrato. 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 un foco principal en una serie de organizaciones de investigación de biodiesel. 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 conducir a menores rendimientos de aceite, lo que podría generar competencia con los cultivos alimentarios por mejores suelos.

Jatrofa

Varios grupos en diversos sectores están realizando investigaciones sobre Jatropha curcas, un árbol venenoso parecido a un arbusto que produce semillas consideradas por muchos como una fuente viable de aceite de materia prima para biodiesel. Gran parte de esta investigación se enfoca 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. SG Biofuels también afirma que han surgido beneficios adicionales de tales cepas, incluida una mejor sincronización de la floración, una mayor resistencia a las plagas y enfermedades, y una mayor tolerancia al clima frío.

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 laboratorio.

El Center for Sustainable Energy Farming (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 proyecta que la exploración exitosa de estas disciplinas aumente los rendimientos de producción de las fincas de Jatropha en un 200-300% en los próximos diez años.

NIEBLA de aguas residuales

Las llamadas grasas, aceites y grasas (FOG), recuperadas de las aguas residuales, también se pueden convertir en biodiesel.

Hongos

Un grupo de la Academia Rusa de Ciencias en Moscú publicó un artículo en septiembre de 2008, afirmando que habían aislado grandes cantidades de lípidos de hongos unicelulares y los habían convertido en biodiesel de una manera económicamente eficiente. Más investigación sobre esta especie de hongo; Es probable que Cunninghamella japonica y otras aparezcan en un futuro próximo.

El reciente descubrimiento de una variante del hongo Gliocladium roseum apunta hacia la producción del llamado micodiésel a partir de la 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.

Biodiésel a partir de posos de café usados

Investigadores de la Universidad de Nevada, Reno, han producido con éxito biodiésel a partir de aceite derivado del café molido usado. Su análisis de los posos usados ​​mostró un contenido de aceite del 10% al 15% (en peso). Una vez que se extrajo el aceite, se sometió a un procesamiento convencional en biodiesel. Se estima que el biodiesel terminado se podría producir por alrededor de un dólar estadounidense por galón. Además, se informó que "la técnica no es difícil" y que "hay tanto café que potencialmente podrían fabricarse varios cientos de millones de galones de biodiesel al año". Sin embargo, incluso si todo el café molido del mundo se usara para hacer combustible, la cantidad producida sería menos del 1 por ciento del diesel que se usa en los Estados Unidos anualmente. "No resolverá el problema energético del mundo", dijo el Dr. Misra sobre su trabajo.

Fuentes exóticas

Recientemente, la grasa de caimán fue identificada como una fuente para producir biodiesel. Cada año, alrededor de 15 millones de libras de grasa de caimán se desechan en vertederos como subproducto de desecho de la industria de la piel y la carne de caimán. Los estudios han demostrado que el biodiésel producido a partir de grasa de caimán tiene una composición similar al biodiésel creado a partir de la soja y es más barato de refinar, ya que es principalmente un producto de desecho.

Biodiesel a energía de celdas de hidrógeno

Se ha desarrollado un microrreactor para convertir biodiésel en vapor de hidrógeno para alimentar pilas de combustible.

El reformado con vapor, también conocido como reformado con combustibles fósiles, es un proceso que produce gas hidrógeno a partir de combustibles de hidrocarburos, sobre todo biodiésel 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:

Hidrocarburo + H₂O ⇌ CO + 3H₂(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 + H₂O → CO2 ₊ H₂(Ligeramente exotérmico)

Antecedentes de las pilas de combustible de hidrógeno

Las celdas de combustible funcionan de manera similar a una batería en el sentido de que la electricidad se aprovecha de las reacciones químicas. La diferencia entre las pilas de combustible y las baterías es su capacidad para funcionar con el flujo constante de hidrógeno que se encuentra en la atmósfera. Además, solo producen agua como subproducto y son prácticamente silenciosos. La desventaja de las celdas de combustible impulsadas por hidrógeno es el alto costo y los peligros de almacenar hidrógeno altamente combustible bajo presión.

Una forma en que los nuevos procesadores pueden superar los peligros del transporte de hidrógeno es producirlo según sea necesario. Los microrreactores se pueden unir para crear un sistema que calienta el hidrocarburo a alta presión para generar gas hidrógeno y dióxido de carbono, un proceso llamado reformado con vapor. Esto produce hasta 160 galones de hidrógeno por minuto y brinda el potencial de alimentar estaciones de reabastecimiento de hidrógeno, o incluso una fuente de combustible de hidrógeno a bordo para vehículos con celdas de hidrógeno. La implementación en los automóviles permitiría que los combustibles ricos en energía, como el biodiesel, se transfieran a energía cinética y evite la combustión y los subproductos contaminantes. La pieza cuadrada de metal del tamaño de una mano contiene canales microscópicos con sitios catalíticos, que convierten continuamente el biodiésel, e incluso su subproducto de glicerol, en hidrógeno.

Aceite de cártamo

A partir de 2020, los investigadores de CSIRO de Australia han estado estudiando el aceite de cártamo de una variedad especialmente criada 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 descrito como un "cambio de juego".

Preocupaciones

Desgaste del motor

La lubricidad del combustible juega un papel importante en el desgaste que ocurre en un motor. Un motor diésel depende de su combustible para proporcionar lubricidad a los componentes metálicos que están constantemente en contacto entre sí. El biodiesel es un lubricante mucho mejor en comparación con el diesel de petróleo fósil debido a la presencia de ésteres. Las pruebas han demostrado que la adición de una pequeña cantidad de biodiésel al diésel puede aumentar significativamente la lubricidad del combustible a corto plazo. Sin embargo, durante un período de tiempo más largo (2 a 4 años), los estudios muestran que el biodiesel pierde su lubricidad. Esto podría deberse al aumento de la corrosión con el tiempo debido a la oxidación de las moléculas insaturadas o al aumento del contenido de agua en el biodiésel debido a la absorción de humedad.

Viscosidad del combustible

Una de las principales preocupaciones con respecto al 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 con aceite de soja está entre 4,2 y 4,6 cSt La viscosidad del diésel debe ser lo suficientemente alta como para proporcionar suficiente lubricación a las piezas del motor, pero lo suficientemente baja como para fluir a temperatura operativa. La alta viscosidad puede obstruir el filtro de combustible y el sistema de inyección de los motores. 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 de alquilo utilizando la transesterificación para reducir su viscosidad.Sin embargo, la viscosidad del biodiésel sigue siendo más alta que la del diésel y es posible que el motor no pueda usar el combustible a bajas temperaturas debido al flujo lento a través del filtro de combustible.

Rendimiento de motor

El biodiésel tiene un mayor consumo de combustible específico del freno en comparación con el diésel, lo que significa que se requiere un mayor consumo de combustible biodiésel para el mismo par. Sin embargo, se ha descubierto que la mezcla de biodiésel B20 proporciona un aumento máximo en la eficiencia térmica, el menor consumo de energía específico del freno y menores emisiones nocivas. El rendimiento del motor depende de las propiedades del combustible, así como de la combustión, la presión de los inyectores y muchos otros factores. Dado que existen varias mezclas de biodiésel, eso puede explicar los informes contradictorios con respecto al rendimiento del motor.