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Cómo funciona el biodiésel

Cómo funciona el biodiésel
Satisfacer
  1. Grasas y Biodiesel
  2. Historia de los biocombustibles
  3. Beneficios
  4. Las desventajas

Grasas y Biodiesel


Foto cortesía de la Junta Nacional de Biodiesel
La soja se puede convertir en biodiesel.

Parte de lo que hace que el biodiésel sea tan atractivo e interesante es que puede obtenerse de muchas fuentes naturales. Aunque es posible utilizar grasa animal, aceite vegetal es la mayor fuente de biodiésel. Probablemente lo hayas usado antes en la cocina. Los científicos e ingenieros pueden usar aceites de cultivos familiares como soja, canola, canola, palma, algodón, girasol y maní para producir biodiesel. ¡El biodiésel también se puede fabricar a partir de grasa de cocina reciclada!

El denominador común que comparten todas las fuentes de biodiésel es que todas contienen estupendo de alguna manera. Los aceites son solo grasas líquidas a temperatura ambiente. Estas grasas, o triacilgliceroles (a veces llamadas triglicéridos), están formadas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno unidos y dispuestos en un patrón específico. Estos triacilgliceroles son bastante comunes. Además de los aceites vegetales domésticos, también están presentes en cosas comunes como la mantequilla y la manteca de cerdo. Es posible que haya visto un recuento de triglicéridos en la lista si vio a un médico y se hizo análisis de sangre.

Una forma de visualizar estos triglicéridos es pensar en una “E” mayúscula. La columna vertebral vertical de esta E es una molécula conocida como glicerol. El glicerol es un ingrediente comúnmente utilizado en la fabricación de jabones, productos farmacéuticos y cosméticos. Unidas a esta columna vertebral de glicerol y formando los elementos horizontales de E hay tres cadenas largas hechas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Se llaman ácidos grasos.


 H   H         H         H   H
/ | /
C-----------C-----------C
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O O O

C=O C=O C=O
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H-C-H H-C-H H-C-H
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H H H

Entonces, ¿cómo terminan estos triglicéridos en un automóvil, camión o bote? El biodiésel no es aceite vegetal puro. Aunque el aceite vegetal crudo se ha utilizado en el pasado para impulsar motores diesel, a menudo causaba problemas. La grasa o el petróleo crudo primero deben pasar por una serie de reacciones químicas para convertirse en combustible. Hay varias formas de producir biodiésel, pero la mayoría de las fábricas producen biodiésel industrial a través de un proceso llamado transesterificación. En este proceso, la grasa o el aceite se purifica primero y luego se hace reaccionar con un alcohol, generalmente metanol (CH3OH) o etanol (CH3CH2OH) en presencia de un catalizador como hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio (NaOH). Cuando esto sucede, el triacilglicerol se convierte en ésteres y glicerol. Los ésteres que quedan son los que llamamos biodiésel.

¿Es esta vieja noticia? En la siguiente sección, veremos algunas de las historias y motivaciones detrás del movimiento de biocombustibles.

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Historia de los biocombustibles


Cómo funciona el biodiésel
Foto cortesía de Bob Allan
La producción actual de biodiésel en los Estados Unidos proviene principalmente de aceite de soja como estos o aceite de cocina reciclado de los restaurantes.

El concepto de biocombustibles es sorprendentemente antiguo. Rudolf Diesel, cuyo invento ahora lleva su nombre, concibió el aceite vegetal como fuente de combustible para su motor. De hecho, gran parte de sus primeros trabajos giró en torno al uso de biocombustibles. En 1900, por ejemplo, en la Exposición Universal de París, Francia, Diesel hizo una demostración de su motor con aceite de cacahuete. Asimismo, Henry Ford esperaba que su Modelo T funcionara con etanol, un producto del maíz. Finalmente, en los casos de Diesel y Ford, el aceite entró en escena y resultó ser la fuente de combustible más lógica. Esto se basó, entre otras cosas, en la oferta, el precio y la eficiencia. Aunque no es una práctica común, los aceites vegetales también se utilizaron como gasóleo en las décadas de 1930 y 1940.

Fue en las décadas de 1970 y 1980 cuando la idea de utilizar biocombustibles fue revisada en los Estados Unidos. Uno de los eventos más importantes tuvo lugar en 1970 con la aprobación de la Ley de Aire Limpio por parte de la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Esto permitió a la EPA regular más estrictamente los estándares de emisión de contaminantes como el dióxido de azufre, el monóxido de carbono, el ozono y los óxidos de nitrógeno (NOx). Esto allanó el camino para el desarrollo de combustibles más limpios. Esto también estableció los estándares para los aditivos para combustibles.

Los acontecimientos en el extranjero, como el embargo petrolero árabe de 1973-1974 y la revolución iraní de 1978-1979, junto con una caída en la producción nacional de petróleo, ayudaron a elevar los precios. Según la Administración de Información Energética del Departamento de Energía de EE. UU., Las importaciones de petróleo crudo de EE. UU. Se redujeron en un 30% durante el embargo y “el precio mundial del petróleo cayó de aproximadamente $ 14 por barril en el año. En 1979 a más de $ 35 por barril antes de estabilizarse en Enero de 1981. Los precios no bajaron significativamente hasta 1983, cuando el precio mundial se estabilizó entre $ 28 y $ 29 por barril.

A medida que los precios del petróleo se disparan, los investigadores han comenzado a buscar en otra parte. En agosto de 1982, se celebró la primera conferencia internacional sobre vegetales y aceites vegetales en Fargo, Dakota del Norte.

En 1990, la Ley de Aire Limpio fue enmendada para incluir restricciones más estrictas sobre las emisiones vehiculares. La enmienda introdujo disposiciones para aumentar el contenido de oxígeno de la gasolina (que reduce las emisiones de monóxido de carbono) y disminuir el contenido de azufre de los combustibles diesel.

En 1992, la EPA aprobó la Ley de Política Energética o EPACT. El objetivo era aumentar la cantidad de combustible alternativo utilizado por las flotas de transporte del gobierno de EE. UU. Para reducir la dependencia del petróleo extranjero. La enmienda del EPACT de 1998 preveía el uso de combustible biodiesel en los vehículos diésel gubernamentales existentes como una alternativa aceptable a la compra de vehículos de combustible alternativo, o AFV, según lo estipulado en el EPACT original.

Con todas estas reglas y regulaciones en vigor, es comprensible que cualquier alternativa viable al petróleo cause confusión. Pero el biodiésel no es un sustituto perfecto de la gasolina. Veremos sus pros y contras en las siguientes secciones.

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Beneficios

El biodiésel tiene varios beneficios importantes:

  • El biodiésel es ecológico.
  • Puede ayudar a reducir la dependencia del petróleo extranjero.
  • Ayuda a lubricar el motor mismo, reduciendo el desgaste del motor.
  • Se puede utilizar en casi todos los motores diésel con poca o ninguna modificación del motor.
  • Es más seguro que el diésel convencional.

Uno de los principales puntos fuertes del biodiésel es que no daña el medio ambiente. El biodiesel tiene menos emisiones en comparación con el diésel estándar, es biodegradable, y es un renovable fuente de energía.

El control de emisiones está en el centro de los argumentos a favor del biodiésel, especialmente en términos legislativos. Algunos componentes de las emisiones son particularmente dañinos y preocupan a científicos, políticos y consumidores. El azufre y sus compuestos relacionados contribuyen a la formación de lluvia ácida; el monóxido de carbono es una toxina ampliamente reconocida; y el dióxido de carbono contribuye al efecto invernadero. También hay compuestos de preocupación menos conocidos, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), compuestos en forma de anillo que se han relacionado con la formación de ciertos tipos de cáncer. El material particulado (PM) tiene efectos negativos para la salud y el aceite no quemado contribuye a la formación de contaminación del aire y ozono.

El biodiésel reduce las emisiones peligrosas. De los biocombustibles actuales, el biodiesel es el único que superó con éxito las pruebas de emisiones de la Ley de Aire Limpio.

Emisiones medias de biodiésel en comparación con el diésel convencional
componente del problema B100 B20
Hidrocarburos totales no quemados -67% -20%
Monóxido de carbono -48% -12%
caso especial -47% -12%
NOx + 10% + 2%
sulfatos -100% -20%
PAH -80% -13%
Fuente: Oficina Nacional de Biodiesel

Además, B100 puede reducir las emisiones de CO2 en un 78% y las propiedades cancerígenas en un 94% del combustible diesel (Junta Nacional de Biodiesel, Oficina de Tecnologías de Transporte del DOE de EE. UU.).

Otra característica del biodiésel es que es biodegradable, lo que significa que puede degradarse bajo la acción de agentes naturales como las bacterias. Según la EPA, el biodiesel se degrada cuatro veces más rápido que el diesel convencional. De esta forma, en caso de derrame, la limpieza sería más fácil y las consecuencias no serían tan aterradoras. Esto también se aplicaría a las mezclas de biodiésel.

El biodiésel también puede reducir la dependencia de Estados Unidos del petróleo importado y aumentar nuestra seguridad energética. La mayor parte del biodiésel en los Estados Unidos se fabrica a partir de aceite de soja, que es una cultura nacional importante. A medida que aumenta la demanda de petróleo en los Estados Unidos y disminuye la oferta mundial, un combustible renovable como el biodiésel, si se implementa adecuadamente, podría aliviar parte de la demanda de energía de los Estados Unidos.

El biodiésel también contribuye a la lubricación o la facilidad de movimiento del motor. El biodiesel actúa como solvente, lo que ayuda a disolver los depósitos y otros desechos dentro de un motor que pueden causar bloqueos. Dado que el biodiésel puro no deja depósitos, resulta en mayor vida útil del motor. Se estima que una mezcla de biodiesel de solo el 1% podría aumentar la lubricidad del combustible hasta en un 65% (Oficina de Tecnología de Transporte del DOE de EE. UU.).

El biodiésel también es más seguro. ES no tóxico (aproximadamente 10 veces menos tóxico que la sal de mesa) y tiene un mayor punto de inflamación en comparación con el diésel convencional. Dado que se quema a una temperatura más alta, es menos probable que se queme accidentalmente. Esto hace que sea más fácil tener en cuenta las normas de viaje y almacenamiento. A continuación, analizaremos las desventajas y el futuro del biodiésel.

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Las desventajas

Microalgas, organismos de los que se puede derivar el gasóleo: cultivadas en los desiertos del suroeste de los Estados Unidos, las microalgas desarrolladas por el NREL podrían algún día producir grandes cantidades de lípidos para convertirlos en combustible biodiesel.
Foto cortesía de Paul Roessler
Microalgas, organismos de los que se puede derivar el gasóleo: cultivadas en los desiertos del suroeste de los Estados Unidos, las microalgas desarrolladas por el NREL podrían algún día producir grandes cantidades de lípidos para convertirlos en combustible biodiesel.

Por supuesto, nada está exento de sanciones y el biodiésel tiene sus inconvenientes. Algunos tienen que ver con el combustible en sí y muchos con el panorama general.

Uno de los problemas con el combustible en sí es la Aumento de NOx en emisiones de biodiesel. A menudo, en la producción de gasóleo, cuando se reduce la cantidad de material particulado en las emisiones, hay un aumento correspondiente en los óxidos de nitrógeno, que contribuyen a la formación de smog. Si bien algunos de estos problemas se pueden resolver ajustando el motor en sí, esto no siempre es posible. Existen tecnologías en estudio para reducir las cantidades de NOx en las emisiones de biodiesel.

Otro problema es el comportamiento del biodiesel como solvente. Si bien esta propiedad es útil, es una especie de espada de doble filo. Algunos vehículos diésel más antiguos (como los automóviles fabricados antes de 1992) pueden obstruirse con concentraciones más altas de biodiésel. Debido a su capacidad para disolver los depósitos acumulados en el motor (que pueden provenir del combustible diesel viejo), el biodiesel puede hacer que el filtro de combustible se obstruya con depósitos recién liberados. Los fabricantes de biodiésel sugieren cambiar la bomba de combustible inmediatamente después de cambiar a mezclas de biodiésel de alta concentración. Los componentes de estos sistemas de energía más antiguos también pueden degradarse. Además de los depósitos en el sistema de combustible, el biodiésel también descompone los componentes de caucho. Algunas partes de los sistemas más antiguos, como las líneas de combustible y los sellos de las bombas de combustible, pueden deteriorarse debido a su caucho o composición de caucho. Esto generalmente se resuelve reemplazando estos componentes. Aunque muchos fabricantes han incluido biodiesel en sus garantías, aún pueden existir problemas potenciales. Para obtener más información sobre biodiésel y garantías de vehículos, consulte la Norma de biodiésel.

Además, en algunos motores puede haber un ligero Ahorro de combustible y potencia reducidos. En promedio, hay una reducción de potencia de alrededor del 10%. En otras palabras, se necesitan alrededor de 1,1 galones de biodiesel para igualar 1 galón de diesel estándar.

Las mayores desventajas del biodiésel están vinculadas al conjunto, es decir, al mercado y la logística asociada. De estos, el más importante es Costo. Según la EPA, el biodiesel puro (B100) puede costar entre $ 1.95 y $ 3.00 por galón, mientras que B20 mezcla de 30 a 40 centavos más por galón en promedio que el diesel estándar. Todo depende de variables como la materia prima utilizada y las condiciones del mercado.

El otro problema, tal vez más importante, es el de cantidad y disponibilidad. Si bien el biodiésel no se produce necesariamente en los 50 estados, puede estar disponible en todos. Hay tres formas principales de obtener biodiésel, cada una de las cuales se adapta mejor a determinados tipos de clientes. El biodiésel se puede comprar directamente del proveedor, de un distribuidor de aceite o de bombas públicas. Actualmente, 19 miembros del NBB producen y comercializan biodiésel en Estados Unidos. Para obtener información sobre cómo obtener biodiésel, comuníquese con el Consejo Nacional de Biodiésel. Además, el Centro de Datos de Combustibles Alternativos tiene una función de búsqueda que le permite ubicar gasolineras por ciudad o estado.

Para obtener más información sobre cómo ubicar estaciones de biodiesel fuera de los Estados Unidos, comuníquese con su agencia local de biocombustibles.

Entonces, ¿cuánto ganamos? Dado el número de diferentes productores (por ejemplo, federales, privados, industriales) y fuentes de cultivo, es difícil proporcionar un número exacto. Actualmente, Estados Unidos produce aproximadamente 75 millones de galones de biodiesel anualmente (National Biodiesel Board). Esta producción es flexible y se puede aumentar o disminuir según sea necesario.

Esté o no en el centro de atención ocupado por tecnologías más llamativas, el biodiesel será sin duda un trabajo en constante evolución.

Actualmente, el mayor mercado de biodiésel son los vehículos de flota. Según la Junta Nacional de Biodiesel, más de 100 de estas flotas usan biodiesel en los Estados Unidos. Esto incluye organizaciones públicas y federales como el Servicio Postal de los EE. UU., La Fuerza Aérea de los EE. UU., El Ejército de los EE. UU., La NASA, el Departamento de Energía de los EE. UU., Duke Energy y Florida Power & Light. Muchos servicios de transporte público también están recurriendo al biodiésel para complementar su uso de aceite. Los autobuses urbanos, como el metro de Cincinnati, también utilizan biodiesel. Los posibles objetivos futuros incluyen áreas como aplicaciones marinas y agrícolas y calefacción doméstica.

Con el aumento de la conciencia pública, el biodiesel y los biocombustibles en general se encontraron fácilmente en las conversaciones durante las cenas. El apoyo político también está creciendo y, a raíz de leyes como la enmienda EPACT de 1998, las fuentes de combustible alternativas serán una necesidad en un futuro no muy lejano.

Para obtener más información sobre biodiésel, biocombustibles y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

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Galería de imágenes de vehículos de combustible alternativo

Autobuses propulsados ​​por biodiesel de soja.
Foto cortesía de Nebraska Soybean Board
Autobuses propulsados ​​por biodiesel de soja. Vea fotos de vehículos que funcionan con combustible alternativo.

Si ha leído o visto las noticias recientemente, probablemente se haya encontrado con un artículo, fragmento o banda sonora relacionada con el petróleo y los precios del petróleo. Incluso en tu rutina diaria, es muy probable que alguien hable de ello. Ya sea en el automóvil, la economía, la historia, la geografía o la política, el petróleo ha logrado infiltrarse en casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana. Es uno de los productos más comentados (y controvertidos) en los que los consumidores confían a diario.

Todas estas discusiones sobre el petróleo generan un interés continuo en alternativas a la gasolina. Cosas como los coches eléctricos y las pilas de combustible de hidrógeno se consideran posibles alternativas al petróleo. Con el avance de la tecnología, estos conceptos pueden convertirse en realidad. ¿Pero ahora?

Perdidos en la mezcla están los biocombustibles, combustibles elaborados con ingredientes orgánicos en lugar de combustibles fósiles. Estos ingredientes de partida pueden variar desde maíz y soja hasta grasa animal, según el tipo de combustible producido y el método de producción.

En este artículo, veremos más de cerca. biodiesel, uno de los principales biocombustibles. Para empezar, sería una buena idea comprobar cómo funcionan los motores de los automóviles y cómo funcionan los motores diésel para obtener una descripción general. Después de eso, regresemos y separemos la realidad del biodiesel de la ficción.

En general, el biodiesel es una alternativa o aditivo al combustible diesel estándar que se elabora a partir de ingredientes orgánicos en lugar de petróleo (o petróleo crudo). El biodiésel generalmente se produce a partir de plantas. aceites o animal estupendo de una serie de reacciones químicas. es ambos no tóxico Es renovable. Como el biodiésel proviene principalmente de plantas y animales, las fuentes se pueden reponer mediante la agricultura y el reciclaje.

El biodiésel es seguro y se puede utilizar en motores diésel con poca o ninguna modificación necesaria. Aunque el biodiésel se puede utilizar en su forma pura, por lo general se mezclado con diesel estándar. Las mezclas se indican con las iniciales. Bxx, o xx es el porcentaje de biodiesel en la mezcla. Por ejemplo, la mezcla más común es B20, o del 20% al 80% del biodiésel estándar. Por lo tanto, B100 se refiere al biodiésel puro.

Los biocombustibles, como el etanol de maíz y el biodiésel de soja, ayudan a respaldar la agricultura estadounidense.
Foto cortesía del Departamento de Energía de EE. UU.
Los biocombustibles, como el etanol de maíz y el biodiésel de soja, ayudan a respaldar la agricultura estadounidense.

Sin embargo, el biodiésel no es solo un término genérico. También existe una definición técnica formal reconocida por ASTM International (anteriormente conocida como Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales), la organización responsable de proporcionar los estándares de la industria. Según la Junta Nacional de Biodiésel (NBB), la definición técnica de biodiésel es la siguiente:

    un combustible compuesto por ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales, llamado B100 y que cumple con los requisitos de ASTM D 6751.

Parece un poco rígido, pero es mucho más familiar de lo que piensas: te encuentras con estos ácidos grasos todos los días. Los veremos con más detalle en la siguiente sección.


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