Produccion de higuerilla (Ricinus communis l.) como materia prima para la producción de biodiesel

En los últimos años, el cambio climático ha obligado a las sociedades a buscar alternativas que ayuden a disminuir el consumo de combustibles fósiles y por consecuencia la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2. En la actualidad existen diversos cultivos agroenergéticos que pueden utilizarse en la producción de biocombustibles; la higuerilla por ejemplo, su semilla posee un alto contenido de aceite (hasta el 50%) que puede utilizarse para la producción de biodiesel.

La producción de aceite de ricino engloba distintas prácticas que van desde la recolección o cosecha de la semilla, el secado, descascarado, calentamiento de semillas, prensado, extracción por solventes, filtración y almacenamiento (Valderrama et al., 1994).

Cosecha de semilla

En las variedades dehiscentes, la cosecha debe realizarse cuando estos alcancen un mínimo del 30% de cápsulas secas en el racimo, mientras que en variedades semi-indehiscentes, debe esperarse a que haya un 70% de cápsulas secas en el racimo; finalmente; en variedades indehiscentes, todas las cápsulas deben estar completamente secas (Franco y Córdoba, 2008).

Preparación de la semilla: secado y descascarado

En esquemas industriales, la semilla, después de cosecharse, debe ponerse directamente a los rayos del sol y moverse varias veces para descascararla, evitando la exposición a la humedad debido a que esto aumenta la acidez del aceite, reduciendo su calidad. Además, debe evitarse el almacenamiento de los frutos y la semilla con una humedad superior al 10% (Franco y Córdoba, 2008).

Calentamiento de las semillas

Antes de iniciar la extracción de aceite, es importante el calentamiento de las semillas de higuerilla, este calentamiento debe de ser de manera indirecta alcanzando una temperatura de hasta 52°C con el fin de obtener un mejor rendimiento en la extracción del aceite; se debe tener cuidado de no superar esta temperatura debido a que pueden presentarse alteraciones en la calidad del aceite (Valderrama et al., 1994).

Prensado de las semillas

Para llevar a cabo el proceso de prensado, las semillas se colocan en bolsas de tela filtrante, esto con el fin de reducir al mínimo la cantidad de impurezas. El prensado debe hacerse de manera rápida para evitar que las semillas se enfríen y pierdan las características deseadas en la calidad del aceite; durante el prensado no se debe disminuir la presión para evitar que la torta reabsorba el aceite; el tiempo de prensado está en función de la presión ejercida y la velocidad de escurrimiento del aceite; por su alta viscosidad, el aceite de ricino tiene una lenta velocidad de escurrimiento. Una vez prensada la semilla, el aceite obtenido se filtra y la torta residual es acondicionada para un segundo prensado o para extracción por disolvente (Valderrama et al., 1994).

Extracción por solvente

Una vez prensada, la torta aún contiene considerable cantidad de aceite, por lo cual debe efectuarse una segunda extracción. Esta extracción se realiza a temperatura constante de 40°C, la torta se rocía con solvente por un tiempo de alrededor de 6 horas y clasificando el aceite obtenido por este método como de segunda clase (Valderrama et al., 1994).

Filtración

Durante la etapa de prensado, el aceite resultante generalmente contiene un alto grado de impurezas, por lo cual debe de filtrarse. Este proceso es lento debido a la alta viscosidad del aceite de ricino; para acelerar la filtración de aceite puede calentarse hasta 105°C, procurando no calentar durante mucho tiempo para evitar problemas de calidad en el aceite (Valderrama et al., 1994).

Almacenamiento de aceite

Este debe hacerse en un lugar fresco, con baja humedad relativa; dependiendo la cantidad, se pueden usar tambos o garrafas procurando que el lugar donde se almacene sea obscuro (Valderrama et al., 1994).

Características deseables

Entre las principales características del aceite de higuerilla es la gran viscosidad que presenta, la cual le confiere características deseables en la industria de la aeronáutica y de maquinaria pesada (Mazzani, 2007). 

El aceite de ricino para la industria debe ser resistente a bajas temperaturas, quemarse sin dejar residuos y presentar una alta miscibilidad en alcohol y en ácido acético glacial; además, debe presentar las características que se presentan en el Cuadro 2. 

Producción de biodiesel a partir de aceite de ricino

En la actualidad, el biodiesel producido a base de aceite de ricino parece ser una tecnología muy conveniente, en primer lugar el aceite de higuerilla no es comestible, la planta de la higuerilla puede cultivarse en tierras marginales y no necesita procesos extras a la transesterificación para ser utilizado. 

Transesterificación

La transesterificación es el proceso químico mediante el cual se transforman los aceites de origen vegetal en esteres ácidos y glicerina. Una ventaja del biodiesel es que gracias a la transesterificación, se reduce la viscosidad del aceite, dándole características muy similares al diesel de origen fósil, lo que permite reducir los problemas que se presentan con la utilización de aceites como aditivos en motores a diesel (Rutz y Jansen, 2007).

El proceso de transesterificación agrupa tres tipos de reacciones, si un éster reacciona con un alcohol, la reacción que se llevará a cabo será una alcoholisis, si la reacción del éster es con un ácido carboxílico, la reacción será acidólisis y si la reacción es entre dos esteres, se llevara a cabo una reacción de interesterificación (Aliseda, 2003).

En aceites vegetales, la transesterificación es aquella en la cual, una molécula de triglicérido reacciona con una molécula de alcohol bajo la acción de un catalizador para producir una mezcla de ésteres de ácidos grasos y glicerina (Rutz y Jansen, 2007).

Subproductos en la elaboración de biodiesel

Durante la producción de biodiesel se obtienen dos subproductos de importancia, durante el prensado el producto residual es la torta, mientras que en el proceso de transesterificación se produce glicerina, la cual puede ser utilizada en la industria. 

Torta

La torta que da como resultado el prensado de las semillas de higuerilla para la obtención de aceite de ricino, contiene 5.5% de grasa, 20.4% de proteína, 24% de carbohidratos y 10.5% de minerales. Para su uso como alimento para ganado, debe sufrir un proceso de desintoxicación, además puede utilizarse también como abono, el cual tiene características nematicidas e insecticidas (Mazzani, 2007).

Glicerina

Después de la reacción de transesterificación, la glicerina debe removerse de los metilésteres, esta separación puede llevarse a cabo de manera sencilla debido a que la glicerina posee un nivel bajo de solubilidad, pudiendo ser separada por decantación o centrifugación. Posterior a la separación, la glicerina se encuentra en concentraciones que pueden alcanzar hasta el 70%, siendo el resto metanol no reaccionado, la mayor parte del catalizador, los jabones formados por la reacción de los ácidos grasos libres y el hidróxido de sodio. Debido a esto debe ser purificada antes de utilizarse para:

Combustible. 

Fertilizante para suelos. 

Suplemento en la producción de alimentos balanceados. 

Producción de Propilenglicol (PG)

Además, la glicerina puede utilizarse también para la producción de bioetanol, empleando microorganismos como Escherichia coli para catalizar la producción de etanol por fermentación de glicerina (Aimaretti, 2008).

Caracterización molecular de biocombustibles, determinación de su calidad y su importancia

La calidad del biodiesel determina el funcionamiento y la vida útil de los equipos de inyección de combustible en los motores diesel. De igual manera determina el éxito en el mercado y la satisfacción o el rechazo de sus consumidores, principalmente a largo plazo. La composición química del biodiesel y del diésel fósil es diferente, dando origen a propiedades similares o diferentes según el caso. El diésel no contiene oxígeno y contiene 25-35% de hidrocarburos aromáticos, 65-75% de parafinas y trazas de olefinas, teniendo componentes principalmente en el rango de C10 a C16. El biodiesel contiene ácidos grasos de alquilésteres principalmente en el rango de C16 a C18, con un contenido de oxígeno del 11% p/p (Mittelbach y Remschmit, 2004). 

Las normas estandarizadas son documentos aprobados y reconocidos por un grupo de expertos de cada país para asegurar la alta calidad del biodiesel, y se basan en una serie de parámetros físicos y químicos establecidos para medir sus propiedades. El cumplimiento de estos es necesario para que el biodiesel pueda ser comercializado. Existe una gran variedad de materias primas utilizadas en la producción de biodiesel, y el uso de unas u otras implica importantes diferencias en las propiedades del biodiesel obtenido.

A nivel regional esta amplia gama de materias primas se reduce a aquellas que se encuentran con una mayor disponibilidad. De este modo, en los países europeos, el biodiesel se produce principalmente a partir de aceites usados de cocina y grasas animales y en menor proporción aceite de colza, así como de aceites importados (soya y palma), mientras que en los americanos se realiza con aceite de soya, excepto en las zonas tropicales y subtropicales de Centroamérica, donde se produce con aceite de palma al igual que en Indonesia y Malasia. Por esta razón, cada país implementa sus propias normas debido a que copiar estándares extranjeros puede constituir una barrera, ya que en muchos casos, estos estándares son diseñados con el objetivo de controlar el mercado en lugar de facilitar su implementación (Castro et al., 2007).

Las principales normas técnicas para biodiesel son la europea EN 14214 (European Committee for Standarization, CEN) y la estadounidense ASTM D6751 (American Standard Test Methods). Además, hace poco fue implementada la norma ASTM D7467 para regular la mezcla de biodiesel con diesel de 6 a 20% v/v (B6 a B20).

Propiedades del biodiesel y métodos evaluativos

Las propiedades del biodiesel dependen tanto del proceso de fabricación como de la naturaleza de los lípidos a partir de los cuales se ha producido.

Los aspectos más importantes que se deben procurar en la producción de biodiesel para asegurar una operación libre de problemas en los motores diésel son:

Reacción completa (evitar la presencia de mono, di y triglicéridos). 

Eliminación de la glicerina. 

Eliminación del catalizador y otras sustancias. 

Eliminación de alcohol.

Ausencia de ácidos grasos libres. 

Ausencia de agua en el producto final. 

Si alguno de estos aspectos no se logra adecuadamente haciendo que cumplan las especificaciones, se presentan diferentes tipos de problemas en el motor tales como formación de depósitos en las boquillas de inyección, corrosión, etc. Otros aspectos, tales como la eliminación del metanol, son de importancia desde el punto de vista de la manipulación segura del combustible. Por otro lado el biodiesel en función de la naturaleza de la fuente, animal o vegetal, proporcionará unas características particulares al nuevo combustible.  AS