RESUMEN
RESUMEN
El aceite de colza es conocido en la India desde hace más de 4000 años, aunque hasta Europa no llegaría hasta el siglo XIV. Hay países en los que el aceite de colza es el más utilizado, como Francia, Alemania o Inglaterra;
sin embargo, en España, todo lo que implica el término colza sigue despertando en algunos casos dudas entre los consumidores. El motivo es la intoxicación masiva que se produjo en el año 1981 y que afectó a más de 20.000 personas.
El aceite de colza en sí no fue el responsable de dicha intoxicación, sino los contaminantes que se añadieron de manera fraudulenta en el proceso de tratamiento y manipulación, sin embargo, el aceite de colza sigue sin ser el más popular en nuestro país.
En Europa se utilizaba la colza como combustible para lámparas, materia prima para la producción de jabones y pinturas y como aceite barato para cocinar.
Hoy en día, la colza es la tercera fuente mundial de aceite vegetal, siendo en China y Canadá los productores más importantes.
La colza tiene diversos usos, aquellas que tiene un contenido muy bajo en ácido erúcico, son muy buenas para cocinar. La torta suele utilizarse como
pienso para animales. También la podemos encontrar en muchos alimentos procesados.
Otro uso es como combustible en motores diésel, el cual tiene más de 100 años de antigüedad. El propio Rudolf Diesel realizó pruebas en motor con aceites vegetales. Así, uno de los prototipos de su nuevo motor presentado en la Exhibición Mundial de París en 1900 funcionó con aceite de maní.
Existieron algunos intentos de utilización de fuentes de energía renovables durante la Segunda Guerra Mundial, aunque el redescubrimiento de los aceites vegetales como posibles alternativas a los hidrocarburos emergió en la década de los 70, con la crisis mundial del petróleo y el crecimiento de la conciencia ecológica. A su vez, la necesidad de combatir los excedentes de producción agrícola sirvió como un incentivo adicional.
En este contexto, los biocombustibles pueden contribuir de forma importante a la solución de los problemas del cambio climático, la escasez del recurso energético, con la consiguiente subida de los precios del petróleo y la preocupación por el futuro abastecimiento.
La colza contiene cantidades de ácidos grasos libres que impiden que dichos aceites puedan ser convertidos en biodiesel de manera efectiva, ya que actúan como inhibidores de la reacción principal de producción de biodiesel (transesterificación) y dificultar la posterior purificación del mismo.
El presente Proyecto tiene como objeto solucionar este problema mediante el procesado de éstos aceites con una esterificación ácida, de manera que se reduzca la cantidad de ácidos grasos libres y se obtenga un aceite vegetal apto para su transformación en biodiesel.
Para ello se diseña una planta de refinado en la que mediante un proceso de desgomado, se transformará los fosfolípidos en gomas hidratables, y posteriormente, un proceso de neutralización, en el cual se elimina los ácidos grasos presentes.
El proceso desgomado consta de tres fases:
- Primera fase: los fosfolípidos no hidratables se transforman en hidratables mediante la adición de ácido fosfórico al 85%.
- Segunda fase: los fosfolípidos hidratables se transforman en gomas insolubles al tratar el aceite con agua caliente.
- Tercera fase: la mezcla resultante de la fase dos se pasa a un decantador por gravedad para eliminar las gomas.
El proceso de neutralización tiene dos fases:
- Primera fase: la corriente que sale del decantador posterior entra en un reactor donde se eliminan los ácidos grasos libres mediante un tratamiento con sosa al 50%, de modo que dichos ácidos se transforman en jabón.
- Segunda fase: eliminación de los jabones mediante un decantador por gravedad.
La planta de refinado está ubicada en el polígono industrial de Guadalhorce, Málaga, en el cual hay una planta de producción de biodiesel a partir de aceite de colza refinado.
La capacidad de alimentación del aceite de colza será de 6,30tn/día, que se traduce en una capacidad anual de 2300 toneladas de aceite.
La planta trabajará las 24 horas al día en proceso continuo, durante 21 días al mes; los fines de semana hará una parada para limpieza y mantenimiento, siendo un total de 252 días, lo que funciona la planta al año.
MATERIA PRIMA (kg/día)
ACEITE DE COLZA 6300,00
ÁCIDO FOSFÓRICO 126,00
HIDRÓXIDO SÓDICO 53,04
PRODUCTOS GENERADOS (kg/día)
ACEITE REFINADO 6426,00
GOMAS 409,68
JABÓN 159,64
ÍNDICE GENERAL
DOCUMENTO I- MEMORIA DESCRIPTIVA
DOCUMENTO II- MEMORIA DE CÁLCULO
DOCUMENTO III- PLIEGO DE CONDICIONES
DOCUMENTO IV- PRESUPUESTO
DOCUMENTO V- PLANOS
ANEXOS
BIBLIOGRAFÍA
DOCUMENTO I
MEMORIA DESCRIPTIVA
ÍNDICE MEMORIA DESCRIPTIVA
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN………..…….1
1.1. INTRODUCCIÓN A LAS FUENTES DE ENERGÍA………1
1.1.1. Clasificación de las energías………2
1.1.2. ¿Cómo ha sido la evolución histórica de la energía?...4
1.2. FUENTES DE ENERGÍAS GLOBALES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA………....7
1.3. FUENTES DE ENERGÍAS RENOVABLES………17
1.3.1. Energía solar térmica………20
1.3.1.1. ¿Cómo llega la energía del Sol a nuestro planeta?...20
1.3.1.2. Aplicaciones de la energía solar térmica………..22
1.3.2. Energía solar fotovoltaica………24
1.3.3. Energía eólica……….26
1.3.3.1. Ventajas……….26
1.3.4. Energía hidráulica……….28
1.3.4.1. Ventajas……….29
1.3.4.2. Desventajas………..30
1.3.5. Energía geotérmica………...31
1.3.5.1. Ventajas……….32
1.3.5.2. Desventajas………..32
1.3.6. Biomasa………34
1.3.7. Biogás……….……..35
1.3.8. Biocarburantes……….………..35
1.4. ¿QUÉ ES EL BIODIESEL?...36
1.4.1. Definición y principales fuentes de obtención……….36
1.4.2. Composición química del biodiesel……….43
1.4.3. Características relevantes del biodiesel……….49
1.4.4. Usos del biodiesel………50
1.4.5. Ventajas y desventajas del biodiesel………..52
CAPITULO 2: ANÁLISIS DEL PROCESO PARA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL……….…...…56
2.1. PROCESO GENERAL OBTENCIÓN BIODIESEL………56
2.2. MÉTODOS DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL…..58
2.2.1. Mezcla con petrodiesel……….59
2.2.2. Pirolisis……….60
2.2.3. Microemulsificación………..61
2.2.4. Transesterificación………61
CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO……….………65
3.1. PETICIONARIO………...…65
3.2. ANTECEDENTES………..…….69
3.3. OBJETO DEL PROYECTO………..76
3.4. JUSTIFICACIÓN……….78
3.4.1. Justificación desde el punto de vista medioambiental…79 3.4.2. Justificación desde el punto de vista económico y social………..………..79
3.5. VIABILIDAD………..……...80
3.5.1. Viabilidad técnica………..……80
3.5.2. Viabilidad económica………..……….80
3.5.3. Viabilidad legal y laboral………..81
3.6. UBICACIÓN………...………..81
3.6.1. Decisión del emplazamiento………81
3.6.2. Factores que influyen en la decisión del emplazamiento………82
CAPITULO 4: PROCESO DE REFINADO DEL ACEITE DE COLZA…………..………86
4.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DEL ACEITE VEGETAL NO COMESTIBLE………..86
4.1.1. Breve historia del uso del aceite vegetal no comestible……….86
4.1.2. Especies vegetales para la obtención del aceite vegetal no comestible……….90
4.2. MATERIAS PRIMAS………98
4.2.1. Aceite de colza……….98
4.2.1.1. Origen………..98
4.2.1.2. Morfología………99
4.2.1.3. Estados fonológicos de la colza………..101
4.2.1.4. Composición………...107
4.2.1.5. Requerimientos edafoclimáticos………..110
4.2.1.6. Propagación y material vegetal………...111
4.2.1.7. Manejo agronómico………...112
4.2.1.8. Plagas y enfermedades………113
4.2.1.9. Usos de la colza……….120
4.2.1.10. Importancia económica……….121
4.2.1.11. Legislación aplicable……….128
4.2.2. Ácido fosfórico……….129
4.2.3. Hidróxido de sodio………..131
4.3. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL REFINADO………..135
4.3.1. Objetivos de la refinación de aceites……….135
4.3.2. Métodos de refinado………...136
4.3.3. Elección del proyecto: El refinado químico………..139
4.4. PROCESO DE PRETRATAMIENTO DEL ACEITES……….147
4.4.1. Descripción del proceso de pretratamiento……….147
4.4.1.1. Recolección de la colza………149
4.4.1.2. Extracción mecánica……….………153
4.4.1.3. Extracción química……….154
4.4.1.4. Recepción de aceites………155
4.4.2. Pretratamiento del aceite………..158
4.4.2.1. Desgomado……….160
4.4.2.2. Neutralización……….165
4.4.3. Modos de operación………...…168
CAPITULO 5: EQUIPOS DEL PROCESO………171
5.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PLANTA………171
5.2. TANQUES DE ALMACENAMIENTO DEL ACEITE DE COLZA….173 5.3. REACTORES……….173
5.3.1. Reactor de Desgomado……….176
5.3.2. Reactor de Neutralización……….177
5.4. SISTEMAS DE AGITACIÓN………...178
5.4.1. Tipos de agitadores………....180
5.4.1.1. Agitadores de hélice………..181
5.4.1.2. Agitadores de paletas………182
5.4.1.3. Agitadores de turbina………....182
5.4.2. Consideraciones para la elección del tipo de agitador…183 5.5. DECANTADORES………184
5.5.1. Decantador eliminación gomas………...186
5.5.2. Decantador eliminación jabón……….187
5.6. EVAPORADOR……….187
5.6.1. Tipos de evaporadores………..193
5.6.1.1. Evaporador con un paso y de circulación….………….193
5.6.1.2. Evaporador de tubos largo con flujo ascendente…….195
5.6.1.3. Evaporador de película descendente……….198
5.6.1.4. Evaporador de circulación forzada……….….199
5.6.1.5. Evaporador de película agitada………...…202
5.6.2. Elección del evaporador……….………...204
5.7. CALDERA………...………...205
5.8. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO………206
5.9. DISEÑO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS DE PROCESO…………..207
5.10. BOMBAS………208
5.11. DISTRIBUCIÓN DE LOS EQUIPOS EN LA INSTALACIÓN……...209
CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN
1.1. INTRODUCCIÓN A LAS FUENTES DE ENERGÍA
La energía es definida como la habilidad para realizar un trabajo, se encuentra en diferentes formas, tales como calor, luz, movimiento o sonido.
Hay muchas formas de energía, pero todas ellas se pueden clasificar en dos categorías: cinética y potencial. Las energías eléctricas, radiante, térmica, movimiento y sonido son cinéticas; las energías química, mecánica, nuclear y gravitacional son formas de energía potencial. Hay muchas formas diferentes en las que la abundancia de energía alrededor de nosotros puede ser almacenada, convertida, y amplificada para nuestro uso. La energía no puede ser vista, solo los efectos de esta son experimentados, y a pesar de ello es un tema difícil de asimilar. Por ejemplo, la transferencia de energía térmica por radiación y conducción ocurre por diferentes procesos, pero las diferencias esenciales (es decir, con respecto a las velocidades del proceso) son raramente apreciadas. De forma similar, las energías eléctricas y luminosas transferidas por ondas, pero estos son procesos diferentes.
1.1.1. Clasificación de las energías
Las fuentes de energía pueden clasificarse, atendiendo a su disponibilidad, en renovables y no renovables:
Las energías renovables son aquellas cuyo potencial es inagotable, ya que provienen de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua, como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de la Luna. Son fundamentalmente la energía hidráulica, solar, eólica, biomasa, geotérmica y las marinas.
Las energías no renovables son aquellas que existen en la naturaleza en una cantidad limitada. No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se utilizan. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface fundamentalmente con este tipo de fuentes energéticas: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio.
Desde el punto de vista de la utilización de la energía, podemos clasificar la energía en:
Energía primaria: es la que se obtiene directamente de la naturaleza y corresponde a un tipo de energía almacenada o disponible, como por ejemplo el petróleo, el carbón, el gas natural, el uranio y las energías renovables.
Energía secundaria (también conocida como energía final): se obtiene a partir de transformaciones de la energía primaria. Ejemplos de esta categoría son la electricidad o la gasolina.
Energía útil: es la que obtiene el consumidor después de la última conversión realizada por sus propios equipos de demanda, como por ejemplo la energía mecánica gastada en un motor, la luminosa en una bombilla, etc. Algunas energías primarias pasan directamente a energía útil, sin transformarse previamente en energía secundaria.
Gráfica 1: Consumo mundial de energía
Hoy en día, la mayoría de la energía que usa la sociedad proviene de combustibles fósiles: petróleo, carbón y gas natural. Se consideran no renovables porque se encuentran de forma limitada en nuestro planeta y su velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. Son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias.
Las fuentes renovables están más distribuidas que los recursos fósiles y nucleares, y los flujos energéticos procedentes de recursos renovables son más de tres órdenes de magnitud mayores que el uso de energía actual en el mundo. Actualmente el sistema de energía es insostenible debido a las cuestiones de equidad, tales como los aspectos ambientales, económicos y geopolíticos que tienen implicaciones en el futuro.
1.1.2. ¿Cómo ha sido la evolución histórica de la energía?
Durante casi toda la historia de la humanidad, el hombre ha utilizado las energías renovables como fuente de energía; no es hasta después de la revolución industrial cuando se inicia la utilización generalizada de los combustibles fósiles. Este último periodo, de unos 200 años, se ha caracterizado por un consumo creciente e intensivo de energía que prácticamente ha acabado con los combustibles fósiles. Con todo,
representa un periodo muy pequeño en el conjunto de la historia de la humanidad, cuyo comienzo se puede cifrar hace unos 200.000 años (si se considera desde el hombre de Neandertal) o unos 40.000 años (si se considera desde el hombre de Cromañón). El hombre de las cavernas era esencialmente carnívoro; la única energía de la que disponía era su propia fuerza muscular, que utilizaba, fundamentalmente, para cazar alimentos.
Con el descubrimiento del fuego, el hombre primitivo pudo acceder, por primera vez, a algunos servicios energéticos como cocinar, calentar la caverna y endurecer las puntas de sus lanzas. Hace unos 8.000 años el hombre comienza a explotar la tierra con fines agrícolas y ganaderos y aprende a domesticar animales de tiro, por lo que ya no tiene que valerse sólo de su fuerza muscular. Cuando ni su propia fuerza muscular, con la ayuda de la de los animales, fue suficiente para satisfacer las crecientes demandas energéticas de las sociedades en expansión, apareció la esclavitud, con lo que pasó a utilizar la energía de muchos hombres al servicio de un número reducido de hombres libres. Hace unos 2.000 años el hombre comienza a utilizar fuentes energéticas basadas en las fuerzas de la naturaleza, como es la del agua y, hace unos 1.000 años, la del viento.
Aparecen así los molinos de agua, primero, y los de viento, después, que se utilizaron en sus orígenes para moler grano.
Hacia finales del siglo XVIII se produce un hecho trascendental: la invención de la máquina de vapor, un dispositivo que permitía convertir el
calor en fuerza mecánica (se quema el carbón, produciéndose calor, que es utilizado para evaporar agua; el vapor a su vez se utiliza para accionar dispositivos mecánicos). Con la máquina de vapor llegó la primera revolución industrial, que tuvo enormes repercusiones en el ámbito social y económico.
Estas máquinas de vapor utilizaban carbón como fuente de combustible y representaron el comienzo de la era fósil, generalizando el consumo de los combustibles de origen fósil. Casi un siglo después de las primeras máquinas de vapor empieza a introducirse una nueva forma de energía: la electricidad. Este hecho abrió a la humanidad nuevos horizontes. Ya no era necesario que el lugar del consumo de la energía fuese el mismo en el que se generaba y, además, esta forma de energía se podía transformar fácilmente en luz, en calor, en frío, en movimiento, en energía mecánica, etc., pero no es hasta finales del siglo XIX cuando empieza a introducirse en la vida cotidiana. En la segunda mitad del siglo XIX aparecen los primeros motores de combustión interna y, con ellos, los automóviles, y en el último tercio de ese siglo se empiezan a emplear como combustible el petróleo y sus derivados. En la primera mitad del siglo XX empieza a utilizarse el gas natural, y a partir de los años 50 se ponen en funcionamiento las primeras centrales nucleares.
Todo este intervalo de tiempo se ha caracterizado por la búsqueda por parte del hombre de nuevos artificios y combustibles que facilitasen su trabajo y mejorasen su nivel de vida, pero también por un crecimiento del
consumo energético, al principio lentamente y en los últimos doscientos años de forma mucho más rápida, coincidiendo con un aumento del nivel de vida de los denominados países desarrollados. Problemas derivados de este cambio de modelo energético han sido el incremento de la contaminación, el aumento de las desigualdades sociales y el aumento de las diferencias entre los países pobres y ricos.
1.2. FUENTES DE ENERGÍAS GLOBALES Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA ENERGÍA
Los combustibles fósiles representan todavía más del 80% del suministro de energía mundial a día de hoy, pero la tendencia futurista hacia nuevas fuentes de energía está clara gracias al nuevo desarrollo tecnológico.
El petróleo es el combustible fósil que está en una mayor situación de peligro. La zona de Oriente Medio es la región dominante a nivel mundial, con un 63% de las reservas mundiales. Un pico en la producción de crudo global podría ocurrir entre el 2015 y 2030. Los países de Oriente Medio y Rusia tienen el 70% de las reservas de crudo y gas a nivel mundial.
La Grafica 2 muestra la evolución anual de la incorporación de reservas probadas de crudo (barriles 109/año):
Gráfica 2: Evolución de las reservas mundiales de petróleo
El término petróleo procede del latín petra, “piedra” y óleum, “aceite”.
Es usado para describir un amplio intervalo de hidrocarburos que son encontrados en forma de gases, líquidos o sólidos, presentes en la naturaleza. Es el producto de la descomposición de los restos de organismos vivos microscópicos que vivieron hace millones de años en mares, lagos y desembocaduras de ríos. Se trata de una sustancia líquida, menos densa que el agua, de color oscuro, aspecto aceitoso y olor fuerte, formada por una mezcla de hidrocarburos (compuestos químicos que sólo contienen en sus moléculas carbono e hidrógeno). Las propiedades físicas del petróleo varían enormemente. El color varía desde amarillo pálido a rojo y marrón, y negro o grisáceo. Las dos formas más comunes son el petróleo crudo y el gas natural.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
El petróleo crudo es una mezcla compleja que posee entre el 50 y 95% en peso de hidrocarburos. El primer paso en el refinado del crudo implica la separación del aceite en diferentes fracciones de hidrocarburos por destilación. Las fracciones principales de petróleo crudo están dadas en la Tabla 1. Debido a que hay un gran número de factores que influyen sobre el punto de ebullición de los hidrocarburos, estas fracciones de petróleo son mezclas complejas.
FRACCIÓN INTERVALO DE EBULLICIÓN (K)
NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO
Gas Natural <295 C1 a C4
Petróleo éter 295-335 C5 a C6
Gasolina 315-475 C5 a C12 pero mayormente C6 a C8
Queroseno 425-535 Mayormente C12 a C13
Diésel Fuel 475-625 Mayormente C10 a C15
Fuel Oils >535 C14 y superiores
Lubricantes >675 C20 y por encima
Asfalto o coque Residuo Policíclicos
Tabla 1: Principales fracciones de petróleo crudo
El gas natural (GN) consiste principalmente en alcanos de bajo peso molecular, con cantidades variadas de dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, y en algunos casos sulfuro de hidrógeno y amonio. Una muestra típica de gas natural contiene un 80% de metano (CH4), 6% de propano (C3H8), 4% de butano e isobutano (C4H10), y 3% de pentanos (C5H12).
El papel en el suministro de energía mundial está creciendo rápidamente. Es la fuente de energía mundial primaria con el crecimiento más rápido. Las reservas y recursos de gas natural convencional son comparables en tamaño a las de crudo convencional, pero el consumo mundial de gas es considerablemente menor que el de crudo. Las reservas probadas de gas no están uniformemente distribuidas a lo largo del globo: el 41% de ellas están en Oriente Medio y el 27% en Rusia. Un pico en la producción de gas convencional podría ocurrir entre el 2020 y 2050. El GN cuenta actualmente con un 25% de la producción mundial de energía. En la gráfica 3 se puede ver la tendencia de los cinco países con mayor reserva de gas natural y en la Tabla 2 la reserva mundial.
Gráfica 3: Tendencia reserva gas natural
2000 2005 2010 2012 2013
América del Norte 6,5 7 9,4 10,6 10,8
América Central y
Sur 7,7 7,4 7,8 7,9 7,9
Europa Occidental 8,1 6,5 5,9 5 4,9
Europa Oriental y
CEI 52,7 53,7 60,5 64,7 65,1
África 11,4 14,1 14,8 14,7 14,8
Oriente Medio 54,7 72,5 75,9 79,9 80,6
Asia-Oceanía 11,9 13,9 16,1 16,8 16,8
TOTAL MUNDIAL 153 175,1 190,4 199,6 200,9 Tabla 2: Reservas mundiales de gas natural por país
El carbón es básicamente carbono procedente de la descomposición de materias y plantas por la acción de bacterias en ausencia de oxígeno, usualmente bajo légamo y agua. El primer paso en la formación de carbón es la formación de turba, un material procedente de plantas comprimido que todavía contiene hojas y ramas. El segundo paso es la formación de carbón marrón o lignito. El lignito ha perdido ya la mayor parte de su humedad, oxígeno y nitrógeno. Es ampliamente usado como combustible para calefacción pero tiene bajo interés químico. En la tercera etapa, el carbón cambia sucesivamente a carbón subbituminoso, bituminoso y antracita. No todos los depósitos de carbón han sido objeto del mismo grado de conversión. El carbón bituminoso es la forma más abundante de carbón y es la fuente de coque para la fusión, alquitrán de hulla y otras muchas formas de combustibles químicamente modificados. Las propiedades químicas de las muestras típicas de carbón están recogidas en la Tabla 3.
CARBÓN DE BAJO RANGO
CARBÓN DE ALTA VOLATILIDAD
CARBÓN DE ALTO RANGO
Carbono, % 75,2 82,5 90,5
Hidrógeno, % 6 5,5 4,5
Oxígeno, % 17 9,6 2,6
Nitrógeno, % 1,2 1,7 1,9
Azufre, % 0,6 0,7 0,5
Humedad, % 10,8 7,8 6,5
Valor Calorífico, MJ/k 31,4 35 36
Tabla 3: Propiedades químicas de muestras típicas de carbón
La producción mundial del carbón es aproximadamente igual a la producción de gas. El carbón es producido en minas profundas (carbón duro) y en minas superficiales (lignito).
El carbón se utiliza en diferentes sectores, incluyendo la generación de electricidad, la producción de hierro y acero, la producción de cemento y como combustible líquido. La mayor parte del carbón se utiliza para la generación de electricidad, carbón térmico o lignito, o para la producción de hierro y acero, carbón de coque.
Se producen más de 4.030 Mt de carbón en la actualidad, con un incremento del 38% en los últimos 20 años. La producción de carbón ha
crecido más rápidamente en Asia, mientras que en Europa se ha producido un descenso en la producción. Los países con mayor producción no están confinados a una única región. Los cinco principales productores son China, EEUU, India, Australia y Sudáfrica. La mayoría de la producción mundial de carbón se utiliza en el país en el que se produce; sólo un 18% de la producción de carbón se dedica al comercio internacional de carbón. Se espera que la producción global de carbón alcance los 7.000 millones de toneladas en 2030, representando China la mitad del crecimiento durante ese periodo. La producción de carbón térmico se prevé que alcance los 5.200 millones de toneladas, la de carbón de coque los 624 millones de toneladas, y el carbón bituminoso los 1.200 millones de toneladas.
El carbón juega un papel vital en la generación de electricidad y se espera que este papel siga siendo el mismo. El carbón sirve de combustible para generar el 39% de la electricidad producida en el mundo y esta proporción será prácticamente la misma durante los próximos 30 años.
Se prevé que el consumo de carbón térmico crezca un 1,5% cada año durante el periodo 2002-2030. El lignito, utilizado también para generar electricidad, crecerá a un ritmo de un 1% anual. La demanda de carbón de coque para la producción de hierro y acero aumentará un 0,9% anual durante este periodo.
En la Gráfica 4 podemos ver los diez países productores más importantes de carbón del mundo y en la Gráfica 5 los diez países consumidores más importantes:
Gráfica 4: Países productores de carbón (millones de toneladas) 0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Gráfica 5: Países consumidores de carbón (millones de toneladas)
Las plantas nucleares están basadas en uranio procedente de minas superficiales o por lixiviación. La energía nuclear ha sido usada para producir electricidad desde hace más de medio siglo. A nivel mundial, la energía nuclear representa el 6% de la energía, el 16% de la electricidad, y el 23%
de la electricidad en países de la OCDE (organización para la cooperación y desarrollo económicos). Los países de la OCDE producen casi el 55% del uranio mundial. El consumo de energía nuclear a nivel mundial se incrementó rápidamente desde el 0,1% en 1970 al 7,4% en 1998. Este incremento fue especialmente alto en la década de 1980.
Las fuentes de energía renovables contribuyeron con el 2% del consumo de energía mundial en 1998, incluyendo 7 exajulios de biomasa
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
moderna y 2 exajulios de otras fuentes renovables. Las renovables están disponibles en la naturaleza. El aumento de los gases de efecto invernadero supone el aumento del calor atrapado (o descenso del calor radiado desde la superficie de la Tierra), con el consiguiente aumento de la temperatura terrestre. Son fuentes de energía primarias, es una energía limpia e inagotable como la energía de hidrógeno y la energía nuclear. El beneficio más importante de los sistemas de energía renovables es la disminución de la contaminación ambiental.
1.3. FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES
Las fuentes de energía renovables son también llamadas fuentes de energía alternativas. Las que usan recursos indígenas tienen el potencial para proveer de servicios energéticos con cero o casi cero emisiones de contaminantes del aire y gases de efecto invernadero. Las tecnologías para las energías renovables producen energías comerciales por conversión de materiales naturales en formas útiles de energía. Estas tecnologías usan la energía del sol y sus efectos directos e indirectos en la Tierra (radiación solar, viento, saltos de agua y varias plantas, es decir, biomasa), fuerza gravitacional (mareas) y el calor del corazón de la Tierra (geotérmica) como recursos a partir de los cuales producir energía. Actualmente, las energías renovables suministran el 14% de la demanda mundial de energía. La
energía hidráulica a gran escala suministra el 20% de la electricidad global.
Las fuentes renovables están incluso más distribuidas que los recursos fósiles y nucleares. Las renovables están disponibles en la naturaleza, y son recursos primarios de energía.
Son fuentes sacadas de recursos naturales, mecánicos, termales y procesos de crecimiento que se repiten dentro de nuestra vida y que se saben que pueden producir las cantidades fiables de energía cuando se requiera. Las tecnologías renovables como la fuerza del agua y del viento probablemente no han experimentado el mismo rápido aumento en la productividad industrial como hicieron los combustibles fósiles. La energía de la biomasa, viento y geotérmica son comercialmente competitivas y están haciendo progresos grandes.
Los argumentos de las renovables dependen de la protección ambiental, la cual es una característica esencial del desarrollo sostenible. La producción de biomasa mundial está estimada en 146 miles de millones de toneladas métricas al año, situándose cuarta como fuente de energía y suministrando el 14% de las necesidades de energía mundiales. La biomasa representa ahora solo el 2% del consumo de energía primaria en países industrializados. Sin embargo, muchas de las poblaciones rurales en países en desarrollo, que representan el 50% de la población mundial, confían en la biomasa, principalmente en forma de madera, para combustible.
Aproximadamente el 98% de las emisiones de carbono son el resultado de la combustión de combustibles fósiles. Reducir el empleo de combustibles fósiles reduciría considerablemente la cantidad de dióxido de carbono producido, así como los niveles de contaminación.
FUENTES DE ENERGÍA CONVERSIÓN DE ENERGÍA Y OPCIONES DE USO
Hidroelectricidad Generación de energía
Biomasa Calor y generación de energía, pirolisis, gasificación, digestión
Geotérmico Calefacción urbana, generación de energía, roca hidrotermal
Solar Calentadores de agua, fotovoltaica, generación de energía termal, secadores solares
Eólica Generación de energía, generadores de viento, molinos de viento
Fuerza de las olas Numerosos diseños
Mareomotriz Presas, corriente de mareas
Tabla 4: Principales fuentes de energía renovables
Las fuentes de energía renovables producen, además, niveles insignificantes de gases invernaderos y otros agentes contaminadores si las comparamos con las fuentes de energía fósil a los que sustituyen.
Aproximadamente, la mitad del suministro de energía global en 2.040 vendrá de energías renovables, según el Consejo Europeo de energías renovables.
Los acontecimientos más significativos en la producción de energía renovable entre 2.010 y 2.040 vendrán de la mano de la energía fotovoltaica y eólica.
1.3.1. Energía solar térmica
1.3.1.1. ¿Cómo llega la energía del Sol a nuestro planeta?
El Sol, de forma directa o indirecta, es el origen de todas las energías renovables, exceptuando la energía mareomotriz y la geotérmica. La energía del Sol se desplaza a través del espacio en
forma de radiación
electromagnética, llegando una parte de esta energía a la atmósfera. De esta energía que llega a la atmósfera, una parte es absorbida por la atmósfera y por el
suelo, y otra parte es reflejada directamente al espacio desde el suelo. Es por esto por lo que menos de la mitad de la radiación solar llega efectivamente a la superficie terrestre, siendo esta parte la que podemos utilizar con fines energéticos en nuestro planeta. La radiación solar llega a nuestro planeta de tres formas distintas:
• Radiación directa: es la radiación que nos llega directamente del Sol; sin
haber incidido con nada por el camino y, por tanto, sin haberse desviado ni cambiado de dirección. Esta radiación es la que produce las sombras.
Es el tipo de radiación predominante en un día soleado.
• Radiación difusa: es la radiación que nos llega después de haber
incidido con cualquier elemento de la atmósfera (polvo, nubes, contaminantes, etc.), por lo que ha cambiado de dirección. Es el tipo de radiación predominante en un día nublado.
• Radiación reflejada o albedo: es la radiación reflejada por la superficie
terrestre; cobra importancia en las zonas con nieve, con agua (como cerca del mar o de una presa) o cualquier otra zona donde la reflexión sea importante.
• La radiación global: es la suma de la radiación directa y la radiación difusa.
1.3.1.2. Aplicaciones de la energía solar térmica
• Agua caliente sanitaria (ACS) doméstica: es la aplicación más
extendida de la energía solar térmica de baja temperatura. Se emplean colectores solares planos. La temperatura necesaria suele ser de 45ºC.
• Climatización de piscinas: se pueden distinguir básicamente dos tipos
de instalaciones: instalaciones en piscinas descubiertas e instalaciones en piscinas cubiertas. En el caso de las instalaciones en piscinas descubiertas se suelen emplear sistemas muy simples, en los que la propia piscina actúa como acumulador; constan de un sistema de captación, que suelen ser colectores de plástico negro, más económicos y resistentes al cloro del agua de la piscina, los cuales se alimentan con la propia agua de la piscina, eliminando la necesidad del intercambiador. En las instalaciones en piscinas cubiertas se emplean colectores planos convencionales y el sistema está formado por un circuito doble, con intercambiador de calor. La temperatura necesaria suele ser de 26ºC.
• Sistemas combinados de agua caliente sanitaria y calefacción: se
utilizan de modo especial en el centro y norte de Europa, aunque empieza a existir una pequeña, pero creciente, demanda en Canarias.
Estos sistemas se dimensionan para cubrir las necesidades de agua caliente y calefacción. El rango de temperaturas que se alcanza con
energía solar estaría entorno a los 45ºC para el agua caliente sanitaria y 65ºC para su uso en calefacción, por lo que parecen especialmente indicados para su utilización en sistemas de calefacción basados en suelo radiante o en radiadores.
• Secado solar: se utiliza sobre todo en países en desarrollo donde no
se dispone de neveras para la conservación de alimentos. Durante siglos se ha utilizado el secado solar de las cosechas, simplemente esparciendo el grano para exponerlo al sol y al aire. En la actualidad se diseñan sistemas sencillos para los mismos fines.
• Cocinas solares: se utilizan preferentemente en países en desarrollo y sustituyen el uso de la leña para cocinar. Estos sistemas posibilitan la pasteurización del agua (muy importante en estos países para reducir el riesgo de enfermedades ocasionadas por la ingesta de agua contaminada) y la cocción de los alimentos en pocas horas. Una cocina solar puede ahorrar 2.250 kg de leña al año y cuesta unos 120€.
• Refrigeración solar: estos sistemas utilizan un ciclo de absorción que
extrae calor de un habitáculo. El ciclo de absorción precisa de una mezcla de absorbentes y refrigerantes (por ejemplo agua–bromuro de litio, agua–amoniaco, etc.). El calor solar vaporiza el agua de la mezcla (se requieren temperaturas superiores a los 100ºC). A partir de ese momento se sigue el ciclo convencional: el vapor se condensa
en un condensador enfriado por aire o por agua y posteriormente se expansiona hasta volver a la fase de vapor, produciendo frío.
• Aplicaciones en industrias: estas aplicaciones suelen darse en casos
en los que se trabaja a temperaturas similares a las del agua caliente sanitaria como puede ser el lavado de botellas, separación de fibras, tratamiento de alimentos, etc. Los elementos y diseño para estas aplicaciones pueden ser los mismos que para agua caliente sanitaria y, por lo tanto, se trata de una serie de aplicaciones comerciales.
• Desalinización solar: la destilación solar ha sido utilizada
tradicionalmente en lugares con escasez de agua y alto índice de radiación solar, como en desiertos.
1.3.2. Energía solar fotovoltaica
La energía solar se puede transformar directamente en electricidad mediante células fotovoltaicas. Este proceso se basa en la aplicación del efecto fotovoltaico, que se produce al incidir la luz sobre unos materiales denominados semiconductores; de esta manera se genera un flujo de electrones en el interior del material que puede ser aprovechado para obtener energía eléctrica. Un panel fotovoltaico, también denominado módulo fotovoltaico, está constituido por varias células fotovoltaicas conectadas entre sí y alojadas en un mismo marco.
Las células fotovoltaicas se conectan en serie, en paralelo o en serie- paralelo, en función de los valores de tensión e intensidad deseados, formando los módulos fotovoltaicos.
Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por:
• Su simplicidad y fácil instalación.
• Ser modulares.
• Tener una larga duración (la vida útil de los módulos fotovoltaicos es
superior a 30 años).
• No requerir apenas mantenimiento.
• Tener una elevada fiabilidad.
• No producir ningún tipo de contaminación ambiental.
• Tener un funcionamiento totalmente silencioso.
Un panel fotovoltaico produce electricidad en corriente continua y sus parámetros característicos (intensidad y tensión) varían con la radiación solar que incide sobre las células y con la temperatura ambiente. La electricidad generada con energía solar fotovoltaica se puede transformar en corriente alterna, con las mismas características que la electricidad de la red eléctrica, utilizando inversores.
1.3.3. Energía eólica
Renovable, ecológica y respetuosa con el medio ambiente. Así es la energía eólica, la cual se está convirtiendo en uno de los métodos más extendidos y productivos para generar energía eléctrica a nivel mundial. Hoy en día, esta fuente de energía se aplica tanto a gran escala, como en pequeñas instalaciones.
La energía eólica es la que utiliza la fuerza del viento para generar electricidad. Para ello se hace uso de los aerogeneradores, los cuales mueven una turbina y consiguen transformar la energía cinética del viento por energía mecánica. La cantidad de energía que se puede obtener está en función del tamaño del "molino". A mayor longitud de las aspas, se obtiene más potencia y por lo tanto más energía.
1.3.3.1. Ventajas
La energía eólica comienza a tener cada vez más un posicionamiento creciente en la producción de energía y el reconocimiento de ser una de las menos contaminantes y seguras en el panorama energético europeo. En España se considera como la principal fuente de energía renovable, y se estima, que en unos años representará el 20% de la producción energética del país.
Bajo poder contaminante. La energía eólica es, después de la energía solar, la campeona. La energía generada a través de aerogeneradores es la que menor impacto tiene sobre el medio ambiente, debido a que durante su proceso de generación no lleva implícito proceso de combustión, de manera que los impactos originados por los combustibles durante su extracción, transformación y combustión beneficia la atmósfera, el suelo, el agua, la fauna, la vegetación, etc.
Más energía. Cuando nos referimos a la cantidad de energía producida en sustitución de las fuentes de energía fósil, la electricidad que llega a producir un aerogenerador alcanza una capacidad de energía similar a la de 1.000 Kg de petróleo, evitando que se quemen diariamente miles de litros de este combustible. A su vez, ingentes cantidades de carbón dejan de ser usadas en las centrales térmicas, evitando las emisiones de toneladas de CO2. Es decir, la energía eólica evita el envío a la atmósfera de miles de toneladas de gases contaminantes producto de la combustión del carbón y el petróleo.
Impacto menos agresivo en el suelo. Otra ventaja beneficiosa para nuestro entorno es que la generación de energía eólica no tiene un impacto tan agresivo sobre la composición del suelo, como sí lo son
los combustibles fósiles, ya que no se produce ningún contaminante que incida sobre éste, vertidos o grandes movimientos de tierras.
El agua inalterada. Asimismo, la energía eólica no produce alteraciones sobre las fuentes de agua, al no hacer uso de ellas durante la producción de energía, y no producir residuos o vertidos sobre los acuíferos.
Impacto medioambiental cero en su transporte. La energía producida por el viento, comparada con otros combustibles, como el gas, el petróleo o el carbón, tiene un impacto cero sobre nuestro entorno natural en el momento de ser transportada, pues no emplea tuberías, barcos o camiones.
1.3.4. Energía Hidráulica
La energía hidráulica o energía hídrica es una fuente de energía renovable que aprovecha la caída de agua desde una cierta altura para generar energía eléctrica. Se
aprovecha así la energía cinética de una corriente o salto de agua natural.
Para conseguir aprovechar esa energía se pueden utilizar los recursos tal y como surgen en la naturaleza (por ejemplo, cataratas, gargantas, etc.) o se construyen presas. Las instalaciones más comunes hoy en día son las centrales hidroeléctricas.
1.3.4.1. Ventajas
Son muchas las ventajas de la energía hidráulica, pero entre ellas destaca su potencial como energía renovable. Se trata de un recurso procedente del agua de la lluvia y, además, esa agua empleada en el proceso puede volver a utilizarse. Pero existen muchos otros puntos a favor de esta fuente de energía.
La larga vida útil de este tipo de instalaciones las convierte en uno de los recursos renovables más utilizados en la actualidad. En el caso de países como España, ofrece una excelente vía para reducir la dependencia energética exterior ya que se puede producir en el propio país. Además, ayuda a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero, al servir como sustituto de otras fuentes más contaminantes para producir electricidad.
Los recursos hidráulicos facilitan la gestión de los picos de demanda energética, ya que el agua depositada en los embalses está disponible para
su uso. Por tanto, es una fuente renovable que permite su almacenamiento, lo cual ayuda a la seguridad del suministro.
1.3.4.2. Desventajas
A pesar de contar con muchas ventajas de la energía hidráulica también presenta algunos inconvenientes, derivados en su mayor parte del impacto ambiental de las infraestructuras necesarias para su explotación:
embalses, conductos, en definitiva, las centrales hidroeléctricas.
Las principales desventajas de la energía hidráulica son:
Las centrales hidroeléctricas requieren de un importante desarrollo de la infraestructura que producirá la electricidad. Sin estas infraestructuras, España sólo podría disponer de alrededor del 8-9%
de las aportaciones hídricas naturales, frente al 37-47% que podemos utilizar actualmente gracias a los 56.000 Hm3 de capacidad de los embalses. De ellos, aproximadamente el 40% corresponde a embalses construidos por empresas hidroeléctricas.
La construcción de las grandes presas, genera efectos negativos sobre el entorno durante el periodo de construcción, tanto que en ocasiones supone la desaparición bajo las aguas del embalse de poblaciones enteras.
Una vez puestas en operación, pueden seguir ocasionando daños al medio ambiente, ya que modifican el hábitat ecológico de la
vegetación del entorno y de los peces y demás especies que viven en el agua. En ocasiones, esto también puede afectar a la calidad del agua embalsada.
Además, muchas áreas de nuestro planeta se enfrentan a serios problemas de abastecimiento de agua. Los periodos de sequía y el crecimiento de las poblaciones han agravado la situación. En estas zonas los escasos recursos hídricos deben destinarse prioritariamente a las poblaciones, ganadería y agricultura y apenas hay recursos para el desarrollo de centrales hidroeléctricas o bien éstas no puedan alcanzar su máximo potencial.
Otros inconvenientes está relacionados con la dificultad de prever la producción de energía que serán capaces de generar las instalaciones, ya que dependen del caudal disponible en los ríos en cada momento.
1.3.5. Energía geotérmica
La energía geotérmica es una fuente de energía renovable que aprovecha el calor que existe en el subsuelo de nuestro planeta. Sus principales aplicaciones se dan en nuestra vida cotidiana: climatizar y obtener agua caliente sanitaria de manera ecológica tanto en grandes edificios (oficinas, fábricas, hospitales, etc.) como en viviendas.
Los recursos geotérmicos de alta temperatura (más de 100-150º C) se utilizan para generar energía eléctrica, mientras que aquellos con temperaturas menores son óptimos para los sectores industrial, servicios y residencial.
1.3.5.1. Ventajas
La geotermia es una de las grandes desconocidas cuando hablamos de energías verdes. Se trata de la energía que se encuentra en el subsuelo, siempre asociada a actividad volcánica, aguas termales, géiseres o fumarolas, y con multitud de beneficios. Los yacimientos pueden llegar a alcanzar temperaturas superiores a los 100-150ºC (llamados de alta entalpía), o por debajo de los 100ºC (de baja entalpía).
Una energía respetuosa con el Medio ambiente. Una de las principales ventajas de esta energía es su mínimo impacto medioambiental
Minimiza la dependencia energética
Una energía perfecta para su uso residencial
1.3.5.2. Desventajas
La principal desventaja de la energía geotérmica es precisamente su propia naturaleza. Al ser necesario extraerla del subsuelo, las primeras fases del proceso son largos y costosos. Además, no es posible explotar esta
fuente de energía en todas partes, hay que identificar primero que el lugar es el idóneo.
Emisiones tóxicas. En caso de accidente o fuga se puede liberar ácido sulfhídrico que se detecta por su olor a huevo podrido, pero que en grandes cantidades no se percibe y es letal. En esos casos también habría cierto riesgo de que sustancias tóxicas, como arsénico, amoníaco, etc., se liberen y contaminen aguas próximas.
En ocasiones pueden producirse emisiones de CO2, con el consiguiente aumento del efecto invernadero. Sin embargo sería inferior al que se emitiría para obtener la misma energía por combustión. Por lo tanto, el balance es positivo.
Existe riesgo de contaminación térmica.
Impacto medioambiental. Para poder explotar este tipo de energía es necesario perforar la superficie terrestre con el consecuente deterioro del paisaje.
Explotación únicamente local. No se puede transportar, ha de consumirse en el mismo lugar de donde procede.
Limitada disponibilidad. Sólo está disponible en determinados lugares, ya que las características del suelo (inestabilidad, dureza de las rocas, etc.) pueden desaconsejar su desarrollo.
1.3.6. Biomasa
La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), y otros residuos derivados de las industrias.
La biomasa es la energía renovable más empleada en España y en el mundo entero. Pero, aunque España tiene un gran potencial de recursos para generar esta energía y emplearla en su industria, sus datos aún están muy por detrás de los de países vecinos.
Es uno de los recursos renovables con mayor futuro y potencial en nuestro país, porque tenemos grandes medios para generarla: recursos agrícolas, forestales... Sin embargo, aún estamos lejos de las cotas deseables y de explotarla como podríamos.
1.3.7. Biogás
El biogás es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el dióxido de carbono, el cual se produce como resultado de la fermentación de la materia orgánica en ausencia del aire, por la acción de un grupo de microorganismos.
En la naturaleza se encuentra una gran variedad de residuos orgánicos a partir de los cuales puede obtenerse biogás, entre ellos se encuentran: los desechos provenientes de animales domésticos como vacas, cerdos y aves, residuos vegetales como pajas, pastos, hojas secas y basuras domésticas.
Las grandes cantidades de residuos agroindustriales generados en España nos permiten disponer de un alto potencial de producción de biogás que puede ser usado para la generación de electricidad, la inyección en la red de gas natural o como combustible de automoción.
1.3.8. Biocarburantes
Se conoce como biocarburantes al conjunto de combustibles líquidos, provenientes de distintas transformaciones de la materia vegetal o animal.
Pueden ser utilizados en motores de vehículos, en sustitución de los derivados de combustibles fósiles convencionales. Bajo esta denominación, no obstante, se recogen dos líneas de productos totalmente diferentes, la del bioetanol y la del biodiesel.
El bioetanol se obtiene a partir de cultivos tradicionales, como los de cereal, maíz o remolacha, mediante procesos de adecuación de la materia prima, fermentación y destilación. Sus aplicaciones van dirigidas a la mezcla con gasolinas o bien a la fabricación de ETBE, un aditivo oxigenado para las gasolinas sin plomo.
Por su parte, la producción de biodiesel se realiza a través de operaciones de transesterificación y refino de aceites vegetales, bien puros (girasol o colza, por ejemplo), bien usados. El producto así obtenido es empleado en motores diésel como sustituto del gasóleo, ya sea en mezclas con éste o como único combustible.
1.4. ¿QUÉ ES EL BIODIESEL?
1.4.1. Definición y principales fuentes de obtención
El biodiesel es un biocombustible líquido que se logra a partir de lípidos de origen natural, tal es el caso de los aceites vegetales o de las grasas animales que hayan tenido o no uso previo, sometidos al proceso de transesterificación. En esta reacción, el aceite vegetal o grasa animal se hace reaccionar en presencia de un catalizador (generalmente básico) con un alcohol (usualmente metanol) para obtener los correspondientes alquil ésteres.
En el ámbito mundial se han hecho grandes esfuerzos para aprovechar las diferentes fuentes de grasas y aceites presentes en cada región, con el fin de generar biodiesel con características similares al diésel del petróleo, e impulsar así mismo, su desarrollo agropecuario.
La obtención de biodiesel no es un proceso directo. Se requiere extraer el aceite o los triglicéridos del material vegetal, transesterificar con metanol, neutralizar la base utilizada como catalizador, purificar y finalmente destilar los ésteres metílicos obtenidos.
Se puede decir que la producción de biodiesel tiende a provenir mayoritariamente de los aceites extraídos de plantas oleaginosas, especialmente girasol, soja y colza. Sin embargo, cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiésel (girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca, grasa de pollo y de pescado, etc).
A continuación se detallan las principales materias primas para la elaboración de biodiésel:
Aceites vegetales convencionales Aceites vegetales alternativos
Aceite de girasol Aceite de Brassica carinata Aceite de colza Aceite de Cynara curdunculus
Aceite de soja Aceite de Camelina sativa Aceite de coco Aceite de Crambe abyssinica Aceite de palma Aceite de Jatropha curcas Aceites de semillas modificadas
genéticamente Grasas animales
Aceite de girasol de alto oleico
Sebo de vaca Sebo de búfalo Aceites de fritura usados Grasa de pollo
Aceites de otras fuentes Grasa de pescado
Tabla 5: Materias primas para producción de biodiesel
Aceites vegetales convencionales: Las materias primas utilizadas convencionalmente en la producción de biodiésel han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol y la colza (Europa), la soja (Estados Unidos) y el coco (Filipinas); y los aceites de frutos oleaginosos como la palma (Malasia e Indonesia). Por razones climatológicas, la colza (Brassica napus) se produce principalmente en el norte de Europa y el girasol (Helianthus annuus) en los países mediterráneos del sur, como España o
Italia. La utilización de estos aceites para producir biodiésel en Europa ha estado asociada a las regulaciones de retirada obligatoria de tierras de la Política Agraria Común (PAC) que permite el cultivo de semillas oleaginosas a precios razonables. Sin embargo, la dedicación de sólo las tierras de retirada para la producción de materias primas energéticas supone un riesgo por cuanto estas superficies varían en el tiempo, ya que el régimen de retirada de tierras depende de la oferta y la demanda de cereales alimentarios, lo que implica que este índice está sujeto a alteraciones. En España, el uso de cultivos tradicionales como energéticos está condicionado además por la producción del aceite, ya que la producción media por hectárea de aceite de girasol resulta poco atractivo, desde el punto de vista del agricultor, para elegir este cultivo como fuente de obtención de biocarburantes.
Aceites vegetales alternativos: Además de los aceites vegetales convencionales, existen otras especies más adaptadas a las condiciones del país donde se desarrollan y mejor posicionadas en el ámbito de los cultivos energéticos. En este sentido, destacan la utilización, como materias primas de la producción de biodiésel, de los aceites de Camelina sativa, Crambe abyssinica y Jatropha curcas. Existen otros cultivos que se adaptan mejor a las condiciones de España y que presentan rendimientos de producción mayores. En concreto, se trata de los cultivos de Brassica carinata y Cynara cardunculus. La Brassica carinata es una alternativa real al secano y regadío
extensivo. La Cynara cardunculus es un cultivo plurianual y permanente, de unos diez años de ocupación del terreno, y orientado fundamentalmente a la producción de biomasa, aunque también pueden aprovecharse sus semillas para la obtención de aceite. Se obtienen de 2.000 a 3.000 kilogramos de semillas, cuyo aceite sirve de materia prima para la fabricación de biodiésel.
Aceites vegetales modificados genéticamente: los aceites y las grasas se diferencian principalmente en su contenido en ácidos grasos. Los aceites con proporciones altas de ácidos grasos insaturados, como el aceite de girasol o de Camelina sativa, mejoran la operatividad del biodiésel a bajas temperaturas, pero disminuyen su estabilidad a la oxidación, que se traduce en un índice de yodo elevado. Por este motivo, se pueden tener en consideración, como materias primas para producir biodiésel, los aceites con elevado contenido en insaturaciones, que han sido modificados genéticamente para reducir esta proporción, como el aceite de girasol de alto oleico.
Aceites de fritura usados: es una de las alternativas con mejores perspectivas en la producción de biodiésel, ya que es la materia prima más barata, y con su utilización se evitan los costes de tratamiento como residuo.
Además, como valor añadido, la utilización de aceites usados significa la buena gestión y uso del residuo.
El informe sobre el marco regulatorio de los carburantes propone reciclar aceite de fritura en biodiésel. Esta alternativa es la que más ventajas tiene porque además de producir combustible elimina un residuo contaminante como es el aceite usado. Este aceite da problemas al depurar el agua; sin embargo, su recogida es problemática. La Comisión Europea propone que el Ministerio de Medio Ambiente y los Ayuntamientos creen un sistema de recogida de aceite frito, oleínas y grasas en tres etapas: industrial, hostelería y doméstica.
La utilización de aceites usados presenta dificultades logísticas, no sólo por su recogida, como se ha dicho, sino también por su control y trazabilidad debido a su carácter de residuo. En el caso español, dicha recogida no está siendo promovida enérgicamente por la Administración pese a que la Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados, establece la prohibición de verter aceites usados, lo cual es un incentivo más para su utilización en la fabricación de biodiésel.
Grasas animales: además de los aceites vegetales y los aceites de fritura usados, las grasas animales, y más concretamente el sebo de vaca, pueden utilizarse como materia prima de la transesterificación para obtener biodiésel. El sebo tiene diferentes grados de calidad respecto a su utilización en la alimentación, empleándose los de peor calidad en la formulación de los alimentos de animales. La aplicación de grasas animales surgió a raíz de la prohibición de su utilización en la producción de piensos, como salida para
los mismos como subproducto. Sin embargo, actualmente no existe un nivel de aplicación industrial en España.
Aceites de otras fuentes: por otra parte, es interesante señalar la producción de lípidos de composiciones similares a los aceites vegetales, mediante procesos microbianos, a partir de algas, bacterias y hongos, así como a partir de microalgas.
Según el tipo de materia prima usada, tenemos los siguientes tipos de Biodiesel (términos identificativos en inglés):
• RME (Rape Methyl Ester) →Ester Metílico de Aceite de Colza.
• SME (Soya/sunflower Methyl Ester) →Ester Metílico de Aceite de Soja
o Girasol.
•
PME (Pal Methyl Ester) →Ester Metílico de Aceite de Palma.• FAME (Fatty Acid Methyl Ester) →Ester Metílico de Ácidos Grasos.
• Otros tipos de Aceites y/o grasas vegetales y/o animales, así como sus mezclas
Ilustración 1: El ciclo del biodiesel
1.4.2. Composición química del biodiesel
Las propiedades físicas y químicas del biodiesel están relacionadas con la composición de las materias primas, pudiendo variar sustancialmente de una materia prima a la siguiente.
Hay varios factores que deben tenerse en cuenta para el almacenamiento de biodiesel, incluyendo la temperatura de exposición, la estabilidad a la oxidación y la compatibilidad de los materiales. La temperatura del biodiesel almacenado debe ser controlada para evitar la formación de cristales que pueden obstruir líneas de combustible y filtros de combustible. Por esta razón, la temperatura de almacenamiento de biodiesel
más puro se mantiene generalmente entre 7 y 10ºC. Incluso en climas extremadamente fríos, el almacenamiento subterráneo de biodiesel puro proporciona, por lo general, la temperatura de almacenamiento necesaria para la prevención de la formación de cristales.
La estabilidad del biodiesel es una propiedad importante cuando se va a almacenar durante un período prolongado. Una débil estabilidad puede llevar al aumento de la acidez y de la viscosidad del combustible y provocar la formación de gomas y sedimentos. Por lo tanto, si la duración de almacenamiento del biodiesel y de las mezclas de biodiesel es más de 6 meses, debe ser tratado con un aditivo antioxidante. Por otra parte, debido a que la contaminación con agua lleva a un crecimiento biológico en el combustible, debe reducirse al mínimo en el combustible almacenado, mediante el uso de biocidas (son sustancias químicas sintéticas o de origen natural o microorganismos que están destinados a destruir, contrarrestar, neutralizar, impedir la acción o ejercer un control de otro tipo sobre cualquier organismo considerado nocivo para el hombre). Tanques de almacenamiento de biodiesel fabricados en aluminio, acero, teflón y polietileno o polipropileno fluorado deben ser seleccionados. Los tanques deben reducir al mínimo la posibilidad de contaminación de agua y deben ser limpiados antes de su uso para el almacenamiento de biodiesel.
Densidad: La densidad es una de las propiedades más importantes de los combustibles, ya que los sistemas de inyección, bombas e inyectores
deben suministrar la cantidad de combustible con precisión para proporcionar la combustión adecuada. La densidad del biodiesel depende del contenido en ésteres y de la cantidad remanente de alcohol, por lo tanto, esta propiedad viene determinada fundamentalmente por el aceite vegetal elegido y, en cierta medida, por las etapas de purificación aplicadas.
Viscosidad: La viscosidad es una medida de la fricción interna entre moléculas, o de la resistencia a fluir de los líquidos. En general, la viscosidad de los aceites desciende con un incremento en la insaturación y con un decrecimiento del peso molecular de sus ácidos grasos.
Humedad: En el proceso de obtención del biodiesel, comúnmente se emplea agua en la etapa de lavado. Posteriormente, el agua es eliminada, pero puede quedar un contenido de humedad residual que va a variar en función del método escogido para su secado, según la eficiencia del mismo.
A escala industrial, la deshidratación se realiza normalmente mediante destilación en vacío (5 kPa) a temperaturas de 30 a 40 °C, lo que lleva a la disminución pronunciada del contenido de agua.
Índice de acidez: El índice de acidez (IA) es el número de mg de KOH necesario para neutralizar los ácidos grasos libres (es decir, que no se encuentran unidos a un glicérido) de 1g de aceite. Se determina mediante la titulación o valoración del aceite disuelto en alcohol con una solución