BIODIÈSEL: HISTÒRIA, PROPIETATS, TIPUS, AVANTATGES, INCONVENIENTS - QUIMICA - 2025

El biodièsel és un combustible d'origen natural que s'obté a l'fer reaccionar olis vegetals o greixos animals amb alcohols de baixa massa molecular. A aquesta reacció la hi denomina transesterificació; és a dir, es formen nous èsters d'àcids grassos (anomenats també èsters mono alquílics) a partir dels triglicèrids originals.

En altres contextos en lloc d'utilitzar-la paraula 'transesterificació', es diu que la biomassa se sotmet a una alcohólisis, perquè s'està tractant amb alcohols; entre ells i predominantment, el metanol i etanol. És tan comú l'ús de metanol per produir aquest biocombustible que gairebé és sinònim d'ell mateix.

Sortidor de biodièsel B5. Font: Pxhere.

El biodièsel és una alternativa verda per a l'ús de el combustible dièsel, gasoil o petrodiésel (ressaltant encara més que la seva composició consta dels hidrocarburs de l'petroli). No obstant això, les seves propietats i qualitat pel que fa a rendiments en motors dièsel no difereixen massa, de manera que tots dos combustibles es barregen en diferents proporcions.

Algunes d'aquestes barreges poden ser més riques de biodièsel (B100, per exemple) o més riques de petrodiésel (amb prou feines 5-20% de biodièsel). D'aquesta manera s'estén el consum de dièsel a mesura que es va introduint el biodièsel a el mercat; no sense abans vèncer una sèrie de problemes ètics, productius i econòmics.

Des d'un punt de vista simple, si de l'petroli pot obtenir un líquid capaç de cremar i generar energia per moure les màquines, per què no d'un oli d'origen natural? No obstant això, per si sol això no n'hi ha prou: ha de rebre un tractament químic si vol competir o estar a l'nivell dels combustibles fòssils.

Quan aquest tractament es porta a terme amb hidrogen, es parla d'un refinament de l'oli vegetal o greix animal; el seu grau d'oxidació és reduït o les seves molècules són fragmentades. Mentre que en el biodièsel, en lloc d'hidrogen, s'empren alcohols (metanol, etanol, propanol, etc.).

història

Reacció de transesterificació

La resposta per al primer problema que afrontarien els combustibles d'origen biològic es va descobrir ja en el passat. Allà en 1853 dos científics, I. Duffy i J. Patrick, van aconseguir la primera transesterificació d'un oli vegetal, fins i tot molt abans que Rudolf Diesel fes marxa al seu primer motor funcional.

En aquest procés de transesterificació dels triglicèrids dels olis i / o greixos reaccionen amb els alcohols, principalment metanol i etanol, per originar metil i etil èsters d'àcids grassos, a més de glicerol com a producte secundari. S'utilitza un catalitzador bàsic com KOH per accelerar la reacció.

El punt més important de la transesterificació dels greixos és que vuitanta anys més tard un científic belga, anomenat G. Chavanne, redirigiria aquesta reacció per disminuir l'alta i contraproduent viscositat dels olis vegetals.

Rudolf Diesel i el seu motor

El motor dièsel va sorgir en 1890, ja a finals de segle XIX, com a resposta a les limitacions de les màquines de vapor. Reunia tot el que es desitjava d'un motor: poder i durabilitat. Funcionava a més amb qualsevol tipus de combustible; i per l'admiració de l'propi Rudolf i el govern francès, podia treballar amb olis vegetals.

Sent els triglicèrids fonts d'energia, era lògic pensar que a l'cremar s'alliberarien calor i energia capaços de generar treball mecànic. Diesel recolzava l'ús directe d'aquests olis, ja que veia amb bons ulls que els grangers poguessin processar els seus propis combustibles en llocs molt distants als jaciments petroliers.

El primer model funcional de l'motor dièsel va resultar un èxit en la seva presentació el 10 d'agost de 1893, a Augusta, Alemanya. El seu motor treballava amb oli de cacauet, doncs Rudolf Diesel creia fermament en que els olis vegetals podien rivalitzar amb els combustibles fòssils; però tal com eren processats de manera bruta, sense tractaments posteriors.

Aquest mateix motor que funcionava amb oli de cacauet va ser presentat a l'Exposició Mundial de París en 1900. No obstant això, no va despertar tant l'atenció perquè per llavors el petroli era una font molt més accessible i barata de combustibles.

petrodiésel

Després de la mort de Diesel el 1913, es va obtenir el gasoil (dièsel o petrodiésel) de l'refinament de petroli. I llavors el model de l'motor dièsel dissenyat per a l'oli de cacauet va haver d'adaptar i reconstruir-per treballar amb aquest nou combustible, que era menys viscós que qualsevol altre oli vegetal o biomassa.

Va ser així que el petrodiésel es va imposar per diverses dècades a l'ésser l'alternativa més barata. Simplement no era pràctic sembrar grans hectàrees de masses vegetals per recol·lectar seus olis, que a la fi per ser tan viscosos acabaven per ocasionar problemes als motors i no igualaven els mateixos rendiments obtinguts amb la gasolina.

El problema amb aquest combustible fòssil era que incrementava la contaminació de l'atmosfera, ia més depenia de l'economia i política de les activitats petrolieres. Davant la impossibilitat de recórrer d'ell, en alguns contextos es van arribar a utilitzar olis vegetals per mobilitzar vehicles pesants i maquinària.

Biocombustible en la Segona Guerra Mundial

Quan en la Segona Guerra Mundial va començar a escassejar el petroli arran de l'conflicte, diversos països es van veure en la necessitat de recórrer una altra vegada als olis vegetals; però van haver de bregar amb els danys de centenars de milers de motors a causa de la diferència de viscositat que no podia tolerar el seu disseny (i menys encara si tenien aigua emulsionada).

Passada la guerra, les nacions van tornar a oblidar-se dels olis vegetals i van reprendre la pràctica de cremar només gasolina i petrodiésel.

Naixement de l'biodièsel

El problema de la viscositat ho havia resolt a baixa escala el científic belga G. Chavanne el 1937, a qui van concedir una patent pel seu mètode d'obtenir etil èsters dels àcids grassos de l'oli de palma tractat amb etanol.

Es pot dir, per tant, que el biodièsel va néixer formalment el 1937; però la seva planta i producció massiva van haver d'esperar fins a 1985, dutes a terme en una universitat d'agricultura d'Àustria.

A l'sotmetre aquests olis vegetals a la transesterificació, es va resoldre finalment el problema de la viscositat, igualant a l'petrodiésel en exercici i, fins i tot, representant una alternativa verda per sobre d'aquest.

propietats

Les propietats de l'biodièsel depenen globalment de la matèria primera amb què es va produir. Pot tenir colors que varien des del daurat, fins al marró fosc, aparença física qudepende de el procés de producció.

En termes generals és un combustible amb bona lubricitat, el que disminueix el soroll dels motors, allarga el seu temps de vida, i requereix de menor inversió per al seu manteniment.

Té un punt d'ignició superior als 120 º C, el que vol dir que sempre que la temperatura exterior no sobrepassi aquesta, no hi ha risc d'incendi; cosa que no succeeix amb el gasoil, el qual pot cremar fins i tot a 52ºC (molt fàcil d'aconseguir per una cigarreta encesa).

A causa de que no té hidrocarburs aromàtics com benzè i toluè, no representa un risc cancerigen en cas de vessament o exposició perllongada.

Així mateix, no posseeix sofre en la seva composició, de manera que no produeix gasos contaminants SO ₂ ni SO ₃. Quan es barreja amb dièsel, li aporta un caràcter lubricant més gran que el dels seus compostos sulfurats naturals. De fet, el sofre és un element indesitjable, i quan el dièsel es desulfura perd lubricació que ha de recuperar amb biodièsel o altres additius.

Obtenció i producció

El biodièsel s'obté a partir d'olis vegetals o greixos animals transesterificados. Però, quin de tots ells ha de constituir la matèria primera? Idealment, aquell que generi majors quantitats d'oli o greix a partir d'una menor àrea de cultiu; que en termes més apropiats, vindria a ser el nombre d'hectàrees que ocupa el seu camp de cultiu.

Un bon biodièsel ha de provenir d'un cultiu (grans, llavors, fruits, etc.) que produeixi grans volums d'oli a partir de camps petits; en cas contrari, es requeriria que els seus cultius abastessin països sencers i no seria viable econòmicament.

Recol·lectada la biomassa, ha de extreure-després l'oli mitjançant infinitats de processos; entre ells, per exemple, hi ha l'ús de fluids supercrítics per arrossegar i dissoldre l'oli. Un cop obtingut l'oli es sotmet a transesterificació amb la finalitat de disminuir la seva viscositat.

La transesterificació s'aconsegueix barrejant l'oli amb metanol i una base en reactors batch, ja sigui sota ultrasò, fluids supercrítics, agitacions mecàniques, etc. Quan s'usa metanol s'obtenen èsters metílics d'àcids grassos (FAME, per les seves sigles en anglès: Fatty Acid Methyl Ester).

Si per contra es fa servir etanol, s'obtindran èsters etílics d'àcids grassos (FAEE). Són tots aquests èsters i els seus àtoms d'oxigen dels que caracteritzen el biodièsel.

Metanol i glicerol

El metanol és l'alcohol predominantment utilitzat com a matèria primera en la producció de biodièsel; i el glicerol, d'altra banda, és un subproducte que pogués destinar per sustentar altres processos industrials i fer per tant que la producció de l'biodièsel sigui més rendible.

El glicerol prové de les molècules de triglicèrids originals, el qual és substituït pel metanol per a originar 3 FAME.

Tipus de biodièsel

Diferents olis o greixos tenen els seus propis perfils d'àcids grassos; per tant, cada biodièsel posseeix diferents èsters mono alquílics producte de la transesterificació. Així i tot, com aquests èsters amb prou feines es diferencien en les longituds de les seves cadenes carbonades, els combustibles resultants no mostren grans oscil·lacions entre les seves propietats.

Llavors no hi ha una classificació per al biodièsel, sinó una diferent eficiència i rendibilitat segons la font d'oli o greix que se seleccioni per a la seva producció. No obstant això, sí que hi ha barreges biodièsel-petrodiésel, pel fet que tots dos combustibles poden barrejar-se i són miscibles entre si, aportant les seves qualitats benèfiques per al motor.

El biodièsel pur es diu que és B100; el que és igual a un 0% d'petrodiésel en la composició. Després hi ha altres mescles:

- B20 (amb un 80% de petrodiésel).

- B5 (amb 95% de petrodiésel).

- B2 (amb un 98% de petrodiésel).

Els automòbils acoblats abans de 1996 no podien utilitzar B100 en els seus motors sense haver de reposar certs components que es deterioraven per la seva acció dissolvent. No obstant això, fins i tot avui dia hi ha models d'automòbils que no consenten en les seves garanties de fàbrica grans concentracions de biodièsel, per la qual cosa recomanen utilitzar mescles menors que B20.

avantatges

A continuació es desglossa una sèrie d'avantatges que té el biodièsel sobre el petrodiésel i que ho fan una alternativa verda i atractiva:

- S'obté a partir de biomassa, matèria primera que és renovable i que moltes vegades es perd com rebuig.

- És biodegradable i no és tòxic. Per tant, no contaminarà els sòls o mars si es vessa accidentalment.

- El seu alt punt d'ignició fa que sigui més segur a l'hora d'emmagatzemar-i transportar-lo.

- No produeix gasos d'efecte hivernacle perquè el CO ₂ alliberat representa la mateixa quantitat de l'absorbit per les plantes. Gràcies a això, compleix a més amb el protocol de Kyoto.

- Incentiva les activitats rurals per a la sembra de cultius dels que s'extreu l'oli vegetal.

- Pot produir-inclusivament a partir d'oli fregit. Aquest punt l'afavoreix enormement perquè l'oli reciclat, domèstic o dels restaurants, en lloc de rebutjar i contaminar les aigües subterrànies, es pot destinar per produir més combustible verd.

- Representa un camí per independitzar a llarg termini de l'petroli i els seus derivats.

- Deixa menys residus a l'combustionar.

- Les algues bacterianes són, a més dels grans de soja i llavors de gira-sols, una font prometedora de biodièsel no comestible (i indesitjable per a molts).

inconvenients

No tot és perfecte amb aquest combustible. El biodièsel presenta també limitacions que s'han de superar si es vol que substitueixi el petrodiésel. Algunes d'aquestes limitacions o inconvenients del seu ús són:

- Té una temperatura de solidificació més gran, el que significa que a baixes temperatures es torna un gel.

- El seu poder dissolvent pot acabar amb el cautxú natural i l'escuma de poliuretà presents en els automòbils acoblats abans de 1990.

- És més costós que el petrodiésel.

- Incrementa els preus dels cultius i aliments perquè incorporen un valor afegit a l'utilitzar-se com a matèria primera de biodièsel.

- Depenent de la biomassa pot necessitar de moltíssimes hectàrees de cultiu, el que significaria la presa d'ecosistemes aliens a aquest propòsit, i afectaria per tant a la fauna silvestre.

- Encara que no produeix gasos sulfurats durant la seva combustió, si allibera majors concentracions d'òxids de nitrogen, NO _x.

- Es farien servir grans quantitats d'aliments, que en lloc de saciar la fam, es destinarien a la producció de biodièsel.

referències

1. Wikipedia. (2019). Biodièsel. Recuperat de: en.wikipedia.org
2. Penèlope. (28 de desembre de 2011). Biodièsel: avantatges i desavantatges. Twenergy. Recuperat de: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodièsel. Recuperat de: plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3 abril 2019). History of biodièsel. Farm Energy. Recuperat de: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). How biodièsel works. HowStuffWorks. Recuperat de: auto.howstuffworks.com
6. Pacific Biodièsel. (2019). Biodièsel. Recuperat de: biodiesel.com