Antecedentes de Investigación

Desde la revolución industrial a finales del siglo XVIII y comienzos del siglo XIX hasta la fecha, la energía se ha convertido en un factor importante para la humanidad, pieza fundamental para el continuo crecimiento económico y sostenimiento de altos estándares de calidad de vida. De acuerdo con la Administración de Información de Energía de los Estados Unidos (EIA), proyección del consumo de energía para los países que integran la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) será aproximadamente de 300

cuatrillones de BTU, (Unidades Térmicas Británicas equivalentes), (1 BTU = 1055Julios) para el año 2040, mientras que para los países que no pertenecen a la OCDE, su consumo de energía es casi el doble, alrededor de 550 Cuatrillones de BTU (Rincón & Silva, 2014).

El uso de aceites vegetales como combustible, proviene del año 1900 cuando Rudolf Diésel diseñó el primer motor de combustión interna alimentado con aceite vegetal directamente, en el año de 1980 se inició una nueva amplia exploración del biodiesel como consecuencia del interés particular de muchos países, en búsqueda de fuentes de energía renovable para la reducción de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y sobre todo mitigar el agotamiento de los recursos fósiles. Una de esas energías alternativas renovables es el biodiesel, entendido como una mezcla de ésteres metílicos de cadena larga, obtenidos a través del proceso de transesterificación lípidos tales como aceites vegetales o grasas de animales, en presencia de un alcohol y un catalizador de carácter ácido o básico principalmente (Rincón & Silva, 2014).

Las materias primas utilizadas para la producción de biodiesel han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol y la colza en Europa, la soya en Estados Unidos, el coco en Filipinas y la palma en Suramérica, Malasia e Indonesia. Las entidades que protegen el ambiente se han pronunciado contra el uso de los aceites vegetales para la obtención de biodiesel, debido a que estos cultivos, en especial la palma requieren altas cantidades de agua para regular su crecimiento, y presentan los efectos negativos de la agricultura intensiva como cambio en el uso del suelo, erosión, uso de plaguicidas y agroquímicos. Teniendo en cuenta esta problemática, se ha planteado como principal solución el uso de materias primas como los aceites de fritura usados para producir biodiesel ya que son una alternativa doblemente ecológica puesto que se evita la disposición de los aceites usados a los desagües que contaminan las aguas, y además se obtiene un combustible más limpio que los provenientes de energías fósiles (Medina et al,, 2015, pág. 26)

La producción mundial de aceites y grasas residuales en el 2008 fue de 154 millones de toneladas. Se puede utilizar una variedad de materias primas para producir Biodiesel. Estos incluyen la materia prima de aceite virgen, residuos de aceite vegetal, grasas animales, algas y lodos de depuradora. Muchos investigadores han

sugerido que los residuos de aceites vegetales es la mejor materia prima para producir biodiesel, sin embargo, los aceites y las grasas experimentan varios cambios en el proceso de freír. Los cambios físicos observados en el aceite vegetal después de la fritura incluyen: aumento de viscosidad, aumento del calor específico, un cambio en la tensión superficial, y cambio en el color(Cubas et al., 2015).

La idea de utilizar combustibles alternativos se ha extendido ampliamente desde hace muchos años como reemplazo de los combustibles fósiles. La importancia de esta idea proviene de la gran escala de utilización de combustibles fósiles en la generación de energía mecánica en sectores, como la agricultura, el comercio, el hogar y el transporte. Se encontró el uso de aceites vegetales y sus derivados para ser una de las soluciones razonables. Sin embargo, el uso directo de aceites vegetales en motores diésel se consideró poco debido a varios factores, tales como la alta viscosidad, composición ácida, y el contenido de ácidos grasos libres. En consecuencia, requieren más modificaciones para un uso eficaz. La transesterificación es la reacción más favorable para disminuir la viscosidad del aceite y producir el llamado "combustible biodiesel". (Elkady, Zaatout, & Balbaa, 2015, pág. 1)

El proceso que se utiliza frecuentemente para la producción comercial de biodiesel es la transesterificación, la reacción se puede catalizar con catalizadores homogéneos (ácido o base) o heterogéneos (ácido, base, o una enzima) que consiste en la conversión de los triglicéridos en alquilésteres usando un alcohol de cadena corta. Generalmente se usan catalizadores alcalinos homogéneos, especialmente hidróxido de sodio y de potasio porque proporcionan mayor velocidad de reacción que la conversión de los catalizadores ácidos para la transesterificación de triglicéridos en biodiesel (Cubas et al., 2015)

Otro experiencia realizada por (Abreu, Moura, & Costa, 2017) que aplicaron para la preparación de biodiesel a partir del aceite de palma y catalizadores heterogéneos compuestos por óxidos de estroncio y níquel, la mejor actividad se obtuvo cuando el catalizador se calcinó a 1100 °C durante 3 horas. La conversión más alta se alcanzó (97%) cuando se utilizaron las siguientes condiciones: 5 horas, 2% de carga de metal, 65 °C y relación molar de aceite / alcohol de 1: 9.

El biodiesel de la reacción de metanol supercrítico es un método de alta eficiencia sin catálisis. Debido a temperatura y presión altas, esta tecnología se ha limitado a aplicaciones prácticas. Para mejorar las condiciones de operación, el desarrollo de un método suave se ha convertido en una nueva tendencia para la producción de biodiesel. En este caso, se estudió la transesterificación del aceite de soja en metanol sub crítico con una pequeña cantidad de catalizador de silicato de sodio (Na2SiO3) para obtener biodiesel. El Na2SiO3 como catalizador puede mejorar la transesterificación del aceite de soja en metanol supercrítico. Las variables que afectan al Éster metílico de ácidos grasos (FAME) durante la reacción de transesterificación, es la temperatura de reacción, el contenido de catalizador, la velocidad de reacción y la relación molar de aceite de soja a metanol. Los resultados de la prueba muestran que un rendimiento FAME del 95,6% fue alcanzada cuando la reacción se realizó con un contenido de catalizador de 0,5% en peso a 220ºC durante 30 min. (Zhong, Zhen, Peng, Long, & Hua, 2010)

El biodiesel es un biocombustible hecho de productos naturales renovables como grasas de animales y aceites vegetales. La producción de biodiesel en el Perú está avanzando exitosamente con el desarrollo y prueba de modelos tecnológicos de bajo costo para la producción de biodiesel a pequeña escala a partir de aceites usados y de especies oleaginosas nativas e introducidas (Arteaga, Siche, Pagador, & Cáceres, 2010)

La energía es la base de todos los sectores económicos (agricultura, industria y servicios), además del progreso científico. La situación energética actual se encuentra marcada, como años atrás, por el incremento de la demanda energética. A la elevada demanda energética de Estados Unidos y Europa se ha sumado un creciente consumo de energía por parte de los países en vías de desarrollo como pueden ser China e India que para el período 2010–2040 se prevé doblen su gasto energético, mientras que la demanda mundial se prevé que aumente en un 56 %. (Leung, Wu, & Leung, 2010)

2.4. Bases Teóricas