Actualmente en varios países se ha estudiado la posibilidad de utilizar aceites vegetales que funjan como biocombustible, debido a problemas como el cambio climático y las bajas reservas petrolíferas. Existen varias formas de utilizar aceites de origen vegetal en los motores diesel, pero su uso como combustible está más orientado a la elaboración de biodiesel, que puede conseguirse a partir de aceites, grasas o aceites de reciclado. El biodiesel es un producto sintético creado a partir de componentes biológicos, para cuya elaboración es común hacer reaccionar un aceite y un alcohol de cadena corta.
Los aceites son moléculas que actúan como reserva energética en sistemas biológicos de plantas y animales. Pueden extraerse de sus tejidos por medio de solventes no polares o bien, por compresión mecánica; éstos son de gran interés en diversas industrias debido a su fácil manejo para la obtención de un producto determinado. En el mercado existe una gran variedad de productos que utilizan aceites o derivados de aceites como materia prima y/o aditivo, de los cuales podemos destacar productos para las industrias de alimentos, de limpieza, farmacéutica, textil y cosmética, entre otros.
En los aceites vegetales es posible la presencia de ácidos grasos, pero estos se hallan de forma escasa. Comúnmente se les encuentra esterificando al glicerol y de este modo dan lugar a los llamados acilglicéridos o glicéridos. Los acilglicéridos pueden ser mono-, di- o triglicéridos, dependiendo de la cantidad de ácidos grasos unidos al glicerol. En estos compuestos, los ácidos grasos y el glicerol se mantienen unidos por medio de enlaces covalentes de tipo éster. De este modo, los triglicéridos constituyen el principal componente molecular de grasas y aceites vegetales. Un aceite puede diferenciarse de una grasa debido a que el primero es considerado producto de origen vegetal y tiene una consistencia líquida, mientras que la grasa, es de origen animal y presenta una consistencia sólida y/o semisólida. Una característica de las grasas y los aceites es que tienen un carácter apolar fuerte, por lo tanto son insolubles en agua, pero son altamente solubles en sistemas orgánicos como éter, hexano y cloroformo, entre otros. De esta forma, los triglicéridos pueden ser extraídos de los tejidos vegetales y animales con el uso de solventes no polares.
Debido al diseño del motor diesel es posible utilizar en él aceites vegetales como combustible, los cuales pueden ser empleados de cuatro formas distintas: (i) uso directo del aceite o mezclado con diesel; (ii) aceites microemulsificados en diesel; (iii) ruptura térmica de los aceites (pirólisis); y (iv) transesterificación de los aceites para la producción de biodiesel. Los primeros dos métodos mencionados arriba no sugieren realizar ningún cambio en la molécula de triglicérido; sin embargo, la combustión directa de aceites vegetales no es recomendable debido a que forma incrustaciones de carbón dentro del motor y altera las propiedades de lubricación, trayendo como consecuencia la disminución de la vida del motor. En el tercer método, el aceite recibe un tratamiento térmico, lo cual puede provocar la oxidación y asimismo la alteración de las cadenas hidrocarbonadas. Por estas razones, la elaboración de biodiesel parece ser la mejor opción para utilizar aceites vegetales como biocombustible.
El biodiesel no posee compuestos de nitrógeno ni de azufre. En la combustión del petrodiesel, por ejemplo, estos elementos forman óxidos que se eliminan a la atmósfera, donde pueden reaccionar con radicales OH formando óxidos de azufre y de nitrógeno, provocando así la lluvia ácida. El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) reportó que el uso del biodiesel reduce las partículas contaminantes hasta un 65%, lo que a su vez reduce el riesgo de cáncer en la población hasta un 94%. La agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) estipula que los hidrocarbonos no consumidos, los cuales contribuyen significativamente a la destrucción en la capa de ozono, el smog y el cáncer, son reducidos un 50% en la combustión del biodiesel. La EPA también ha descubierto que otros carcinógenos emitidos por el petrodiesel son reducidos por el biodiesel hasta un 50%.
La elaboración del biodiesel consiste en la transesterificación de los aceites vegetales. Las reacciones de transesterificación se realizan en moléculas pertenecientes al grupo de los ésteres. La reacción se basa en la sustitución alcohólica de la porción alcóxido presente en el éster y para ello se usa un catalizador que acelere la reacción, el cual puede ser básico o ácido. El resultado es el intercambio de fragmentos moleculares, donde un fragmento del alcohol termina siendo parte del éster y el fragmento alcóxido del éster termina siendo parte del alcohol en reacción. Una de las desventajas en la síntesis de biodiesel de forma tradicional es que se necesitan grandes cantidades de agua para remover la base o el ácido usado como catalizador. El agua de estos lavados constituye frecuentemente un problema ambiental muy fuerte. De aquí la importancia de desarrollar un catalizador sólido fuertemente básico o ácido con el objetivo de sustituir el uso tradicional del hidróxido de sodio o de potasio y así evitar los problemas de lavado, haciendo el proceso más económico y disminuyendo a la vez la contaminación ambiental.
Esencialmente la reacción consiste en hacer reaccionar el aceite vegetal con metanol, por ejemplo, lo que genera un éster y glicerina. Los ésteres producidos presentan cadenas de hidrocarburos que oscilan entre 13 y 19 átomos de carbono si se emplea metanol y de 14 a 20 átomos en los ésteres cuando se utiliza etanol como reactivo. El producto tiene propiedades muy parecidas al diesel. Otras fuentes pueden ser la grasa animal y el aceite vegetal de reciclado. Esta última fuente se refiere a la utilización de aceite vegetal recolectado en casas, restaurantes y algunas empresas, empleado generalmente para freír.
Los monoésteres, derivados de aceite de jatropha (Jatropha curcas), pueden usarse como biocombustibles alternativos al petrodiesel, debido a que poseen semejanza estructural en el tipo de átomos presentes y en la longitud de cadena-hidrocarbonada, con la molécula de cetano y el 2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano que son los patrones utilizados para medir la calidad del diesel.
En la actualidad algunos investigadores de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) conjuntamos esfuerzos y exploramos la posibilidad de utilizar nuevas fuentes de aceites vegetales para la síntesis de biodiesel, tanto de plantaciones establecidas como de plantas nativas e investigamos nuevos catalizadores sólidos para esta reacción, con el objetivo de proteger mejor el medio ambiente. Como un resultado de estas investigaciones, se ha sintetizado biodiesel de aceites vegetales de olivo, higuerilla y jatropha, así como de aceites reciclados.
Finalmente, la Secretaría de Desarrollo Rural (SEDRU) y la de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) hacen notar que la higuerilla (Ricinus comunnis) y la jatropha (Jatropha curcas) crecen de manera silvestre en el campo agrícola Mexicano y estiman que existe una superficie de alrededor de 197 mil hectáreas de poca producción agrícola en nuestro país, especies vegetales que podrían ser atractivas para hacer plantaciones. Además, ambas plantas producen una gran cantidad de semilla con más del 40% de su peso en aceite. Esta alternativa es interesante porque se haría mejor uso del suelo, los agricultores obtendrían beneficios y se contaría con una buena fuente de aceite para la producción de biodiesel en México. Desafortunadamente la ignorancia de los actores políticos en el estado ocasiona políticas inadecuadas para un desarrollo sustentable del biodiesel.
Para saber más:
Evaluación química de aceites vegetales para la obtención de biodiesel.
http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/jspui/bitstream/123456789/4871/1/EVALUACIONQUIMICADEACEITESVEGETALESPARALAOBTENCIONDEBIODIESEL.pdf
La fiebre de plantaciones para biodiesel de Jatropha. La Jornada en la Ciencia.
http://ciencias.jornada.com.mx/investigacion/ciencias-quimicas-y-de-la-vida/investigacion/la-fiebre-de-plantaciones-para-biodiesel-de-jatropha
Rafael Herrera Bucio es Doctor en Ciencias, Profesor e Investigador del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
José Luis Rico Cerda es Doctor en Ciencias, Profesor e Investigador de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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