Producción de biodiesel y glicerina limpia empleando catálisis básica heterogénea

Production of biodiesel and clean glycerin using heterogeneous basic catalysis

La catálisis heterogénea ha sido reconocida como una de las alternativas más promisorias para la solución integral a muchos de los problemas operacionales y ambientales que presenta la producción de biodiesel convencional. El propósito de esta investigación fue estudiar la actividad catalítica de diferentes catalizadores sólidos de naturaleza básica a partir de MgO, modificándolo mediante tratamientos hidrotérmicos e impregnación húmeda o seca de metales alcalinos, en la transesterificación de triacetina (molécula modelo) con etanol. Se analizó la influencia del: tratamiento hidrotérmico, tipo y cantidad de metal alcalino impregnado (Li, Cs, Rb) y la activación, sobre la basicidad y el comportamiento catalítico de los catalizadores. Las reacciones se realizaron en un sistema batch, con una relación molar etanol:triacetina de 10:1 y 3% en peso de catalizador. La reacción fue seguida por cromatografía de gases. La activación del MgO modificado con Li, Rb o Cs provocó un aumento tanto en el número de sitios básicos como en su fuerza, incrementando la actividad catalítica. Estos tres catalizadores presentan la misma selectividad al etil ester (80%), al diglicérido (12%) y al monoglicérido (8%).

INTRODUCCIÓN

Los procesos industriales actuales para la producción de biodiesel utilizan sistemas de reacción en fase homogénea, ya sea por esterificación de ácidos grasos utilizando catalizadores de naturaleza ácida  o  por  transesterificación  directa  de  los aceites utilizando catalizadores de naturaleza básica. Estos dos procesos son rentables y de fácil aplicación, pero en la actualidad a nivel industrial es preferida la catálisis básica por ser menos corrosiva y por su mayor actividad catalítica en la transesterificación.

Aunque estos procesos son  relativamente rápidos y presentan altas conversiones, no son muy competitivos con el diesel, debido a que el catalizador no puede ser recuperado y debe ser neutralizado al final de la reacción y que el proceso es muy sensible a la presencia de agua y ácidos grasos libres, y en consecuencia, necesitan materias primas de alta calidad para evitar reacciones secundarias indeseables (hidrólisis y saponificación) o etapas de reacción adicionales para convertir/eliminar primero los ácidos grasos libres. Además, estos procesos tienen asociados problemas de contaminación del agua empleada en la purificación de los productos en un orden de 20 litros por cada 100 litros de aceite tratado.

Una alternativa novedosa para la síntesis de biodiesel es el reemplazo del sistema de reacción homogéneo por uno heterogéneo que utilice catalizadores sólidos de naturaleza básica, con el cual se reduce el fuerte impacto ambiental y a su vez se disminuyen los costos de producción debido a la posibilidad de reutilizar el catalizador y a la eliminación de las etapas de neutralización del catalizador y purificación de los productos. Otro aspecto muy importante es que la glicerina producida, que constituye un 10% del aceite alimentado, es de alta pureza, lo que garantiza su valor comercial y aumenta  la  rentabilidad del proceso al eliminar las costosas etapas adicionales de purificación requeridas en el sistema homogéneo.