El presente trabajo pretende analizar sintéticamente el
proceso de producción del biodiesel, novedoso combustible alternativo derivado
de lípidos, y comprobar su funcionamiento en un motor diesel, analizando a la
vez su impacto sobre los humos de combustión y elaborando una síntesis de sus
ventajas y desventajas.
Si bien existe un gran cantidad de información publicada
sobre el tema, se tratará de realizar una aproximación que permita conocer en
detalle la naturaleza, producción, perspectivas, limitaciones y ventajas de
éste combustible. Así, se pretende dar al lector una introducción al tema,
para difundir el desarrollo y uso del biodiesel y promover la búsqueda de una
solución que permita su implementación definitiva en el mercado local.
INTRODUCCIÓN
El deterioro del medio ambiente, sumado a las poco
alentadoras perspectivas que presentan los combustibles fósiles y la creciente
conciencia ambiental, han llevado al desarrollo de diversos combustibles y
fuentes de energía (no necesariamente novedosas) denominadas renovables.
Una de los problemas más frecuentes en éste campo es la
adaptabilidad de dichas energías a la vida cotidiana, ya que la transición
hacia éstas acarrea costos frecuentemente insuperables. Sin embargo, el
desarrollo de un combustible en particular, denominado biodiesel, se presenta
como una alternativa alentadora. Dicho combustible, obtenido a partir de aceites
y grasas animales y vegetales, puede ser empleado sin mayores modificaciones en
motores de ciclo diesel. Más aún, permite aprovechar la red de expendio
existente, y dada la naturaleza de sus materias primas, presenta un perfil
alentador para un país agrícola como la Argentina.
En el país el tema ha sido abordado en profundidad por
diversas entidades, desde universidades como la U.T.N., hasta el gobierno y
diversos emprendimientos privados. Hoy día, la producción e iniciativa ha
mermado dados los precios relatívamente altos del aceite (principal materia
prima) que como commodity ha tendido a adoptar un precio "dolarizado".
Sin embargo, el desarrollo del biodiesel resulta de sumo interés por sus
implicancias económicas a futuro para un país agrícola como la Argentina, por
su favorable impacto sobre el medio ambiente y por su gran adaptabilidad al
mercado local de combustibles.
EL BIODIESEL COMO COMBUSTIBLE
El biodiesel no es sin embargo un desarrollo novedoso. En
Europa se ha utilizado por más de veinte años, y su uso se ha difundido
actualmente por todo el mundo a una velocidad increíble.
Entre sus muchas ventajas, podemos citar su impacto notorio
en la reducción de emisiones gaseosas nocivas producto de la combustión.
Además, posee excelente poder de lubricación, lo que permite su utilización
como aditivo lubricante. A esto debemos sumar la posibilidad de utilizarlo en
mezclas con gasoil común en cualquier proporción, así como su elevada
biodegradabilidad, y su rendimiento comparable al del gasoil derivado de
petróleo.
Sin embargo, Rudolph Diesel (inventor del motor diesel), ya
utilizaba aceite de maní en sus motores (como demostró en la exposición de
París de 1930), y cabría preguntarse el porqué del uso de un éster, que
implica un valor agregado sobre el aceite.
La respuesta radica principalmente en la adaptabilidad del
biodiesel, que no sólo presenta una viscosidad mucho menor a la del aceite,
sino también la posibilidad de utilización directa en motores diesel (de
inyección directa u indirecta), sin más modificaciónes que las que
representan unos pocos recaudos.
NATURALEZA DEL COMBUSTIBLE
Cuando hablamos de biodiesel, nos referimos en general a
ésteres de alquilo menores (metilo y etilo) de ácidos grasos de cadena par,
que en general van del C4 al C24.
La razón de esto es la naturaleza de la materia prima:
grasas y aceites de orígen animal y vegetal. La biosíntesis en animales y
plantas produce cadenas carbonadas de número par de carbonos con la mencionada
longitud de cadena. Pueden además encontrarse aceites poliinsaturados, como el
de lino, o más bien saturados como el aceite de coco.
Por otro lado, el proceso de síntesis consta normalmente de
una transesterificación que sustituye el grupo glicerilo de los triglicéridos
por un grupo metilo u etilo, proveniente en general de un alcóxido como el
metóxido u etóxido de sodio.
La transesterificación no es más que una reacción de un
alcohol "A" y un éster "B" para dar un alcohol
"C" y un éster "D". En la síntesis del biodiesel, se
forman entre el aceite y el alcohol, normalmente metílico, ésteres en una
proporción aproximada del 90% más un 10% de glicerina. La glicerina representa
un subproducto muy valioso que de ser refinada a grado farmacológico (tarea no
del todo sencilla a pequeña escala) puede llegar a cubrir los costos operativos
de una planta productora.
IMPLICANCIAS AMBIENTALES
Es interesante mencionar aquí el potencial que representa el
reuso de aceites vegetales de cocina usados para la elaboración de biodiesel.
El volúmen de aceites de cocina usados de la ciudad entera no bastaría para
satisfacer ni siquiera un porcentaje ínfimo de la demanda local de
combustibles, pero la alternativa es interesante desde el punto de vista
ambiental
Si bien muchos locales de comidas venden sus aceites de
cocina usados a precios de hasta 17c el litro (normalmente para su utilización
como aceites de cocina de segunda categoría), existe un balance y un ciclo para
éstos aceites, y en algún punto los mismos son desechados, a menudo a la red
colectora cloacal o a rellenos sanitarios. En general, la flora bacteriana de un
buen sistema de tratamiento de efluentes en una ciudad organizada o un buen
compostaje podrá lidiar con dicha carga, pero a menudo éstos aceites llegan
directamente a cursos de agua, sin previo tratamiento, y representan un riesgo
para la flora y fauna acuática al formar una delgada capa superficial que
impide procesos fisicoquímicos fundamentales para la vida. Esto no solo
representa un problema ambiental, sino que es un desperdicio absoluto de materia
prima valiosa, tanto para la obtención de glicerina, ácidos grasos o ésteres
como el biodiesel.
VENTAJAS
El biodiesel presenta una larga variedad de ventajas, que será útil
enumerar:
Ÿ No requiere mayores modificaciones para su uso
en motores diesel comunes.
Ÿ Es obtenido a partir de aceites vegetales,
totalmente reonvables.
Ÿ Permite al productor agropecuario
autoabastecerse de combustible.
Ÿ Permite a países agrícolas independizarse de
los países productores de petróleo.
Ÿ Tiene un gran poder de lubricación y minimiza
el desgaste del motor.
Ÿ Presenta un menor nivel de emisiones gaseosas de
combustión nocivas.
Ÿ Su rendimiento en motores es similar al del
gasoil derivado de petróleo.
Ÿ Puede utilizarse en mezclas con gasoil común en
cualquier proporción.
Ÿ No requiere cambios de infraestructura para su
adopción.
Ÿ No altera sustancialmente el torque o el
consumo.
Ÿ Reduce en gran medida los humos visibles durante
el arranque.
Ÿ Posee una gran biodegradabilidad, comparable a
la de la dextrosa.
Ÿ Es aproximadamente diez veces menos tóxico que
la sal común de mesa.
Ÿ Su transporte y almacenamiento es más seguro
dado su alto flash point.
Ÿ Puede producirse a partir de cultivos abundantes
en el país, como la soja.
Ÿ Ya ha sido probado satisfactoriamente por más
de 20 años en Europa.
Ÿ No contiene azufre, y permite el uso de
catalizadores.
Ÿ Los proyectos de inversión asociados son una
buena fuente de empleos.
Ÿ Se encuentra excento en el país de varios
impuestos por el plazo de 10 años.
Ÿ El olor de combustión asemeja el olor a
fritura, a diferencia del olor del gasoil.
LIMITACIONES
Siendo el persente un trabajo científico, no sería justo
abogar sólo por las virtudes del biodiesel, sin hacer mención de sus
desventajas.
Ÿ Presenta elavados costos de
materia prima, más aun desde la devaluación del peso argentino.
Ÿ Su combustión puede acarrear un
aumento de óxidos de nitrógeno (NOX).
Ÿ Presenta problemas de fluidez a
bajas temperaturas (menores a 0ºC)
Ÿ Presenta escasa estabilidad
oxidativa, y su almacenamiento no es aconsejable por períodos superiores a
6 meses.
Ÿ Su poder solvente lo hace
incompatible con una serie de plásticos y elementos derivados del caucho
natural, y a veces obliga a sustituir mangueras en el motor.
Ÿ Su carga en tanques ya sucios
por depósitos provenientes del gasoil puede presentar problemas cuando por
su poder solvente "limpia" dichos depósitos, acarreándolos por
la línea de combustible.
BIOESTERAJE
Como hemos dicho, el biodiesel puede mezclarse en cualquier
proporción con el gasoil común, y dicha razón de mezcla se denomina
porcentaje de biomasicidad o simplemente bioesteraje. Así se utiliza la
denominación Bxx o BDxx para referirse a una mezcla de xx% de biodiesel en
gasoil.
CARACTERÍSTICAS
En el país, la Res. de la Secretaría de Energía y
Minería No. 129 (Julio 2001) regula los parámetros técnicos del biodiesel.
En los EE.UU., la norma ASTM correspondiente es la D6751,
de reciente publicación.
El biodiesel tiene en general un poder calórico inferior
algo menor al del gasoil (7.795 kcal/l vs. 8.74 kcla/l). Su viscosidad
cinemática en general está entre 1.9 y 6.0 cSt., aunque éste parámetro no
difiere sustancialmente en el gasoil (1.3-4.1 cSt). Su densidad es de
aproximadamente 0.878 kg/l a 15ºC, y su flash point llega a sobrepasar los
130ºC, a diferencia del gasoil, cuyo punto de inflamación es de apenas
60-80ºC. Posee además un número cetano ligeramente mayor al del gasoil, y
duplica el poder de lubricación del mismo.
PRODUCCIÓN
La tecnología básica de producción consta de un reactor
en el cual se lleva a cabo la transesterificación. Por un lado, en un tanque
auxiliar, se prepara la solución de metóxido de sodio. Se prepara dicha
solución a partir de alcohol -usualmente metílico- de alta pureza (el agua
interfiere en la reacción) e hidróxido de sodio. No se utiliza alcóxido
anhidro pues la reacción de dicha sustancia en agua es muy violenta y tiende
a la autoignición. Ésta mezcla fuertemente cáustica es vertida en el
reactor principal que contiene los lípidos fundidos. La reacción a menudo se
realiza a unos 50ºC para agilizar la misma, y se mezcla vigorosamente para
favorecer una reacción completa. En los procesos industriales más complejos,
se procede a separar el biodiesel y la glicerina formados mediante el uso de
centrífugas contínuas que permiten además remover constantemente los
productos de reacción para desplazar la reacción hacia el lado de los
productos (logrando un mayor rendimiento). Sin embrago, aún son comunes los
procesos por lotes (batch), en los que transcurridos unos 50 minutos, se
procede a una decantación de la glicerina. Luego de separar la misma, el
éster es lavado para eliminar jabones y otros subproductos de reacción
indeseados.
Fig. 1: Reacción de transesterificación básica:
El agua, cabe agregar, favorece en presencia del catalizador
alcalino la formación de jabones. Además, la degradación misma de un aceite
produce ácidos grasos libres, y esa acidez debe ser tenida en cuenta a la hora
de calcular la masa de catalizador necesaria. Los jabones son perjudiciales no
sólo porque contaminan el producto final, sino porque tienden a la formación
de emulsiones muy estables. Por esto, debe asegurarse la menor cantidad de agua
posible durante el proceso, lo cual implica un secado del aceite (si es aceite
usado), y el uso de alcoholes de más del 98,5% de pureza. Esto es
principalmente lo que torna incompetitivo al uso del alcohol etílico, ya que
éste forma con agua una mezcla azeotrópica que impide una destilación de más
del 96% de pureza y requiere para su purificación total una destilación con
mezclas ternarias (lo que eleva el costo del alcohol etílico puro en relación
al alcohol metílico).
Fig. 2: Proceso de síntesis
PROCESO DE ELABORACIÓN CASERA
Con el fin de estudiar la aplicación del biodiesel en
motores, la factibilidad del reuso de aceites y el impacto asociado en las
emisiones de combustión, se procedió a sintetizar en forma casera un lote de
cuatro litros de biodiesel.
Partiendo de aceite de girasol cocinado, se procedió al
filtrado del mismo para la eliminación de las impurezas. Esto se realizó con
la ayuda de un colador y papel tisú, que aún con la reducida viscosidad del
aceite caliente conlleva un tiempo de filtrado razonablemente largo. Se
procedió luego a calentar el aceite para obtener una materia prima libre de
agua.
A continuación se efectuó una titulación con alcohol
isopropílico y solución de hidróxido de sodio para determinar el nivel de
acidez del aceite. La soda cáustica interviene simplemente como catalizador,
pero en presencia de ácidos grasos libres, tenderá a neutralizar los mismos
formando jabones. En tal sentido, debe asegurarse una cantidad suficiente de
hidróxido de sodio que permita no sólo neutralizar los ácidos sino también
actuar como catalizador. Un nivel demasiado alto de ácidos grasos libres puede
incluso ser prohibitivo para la reacción, si éste deriva en una excesiva
formación de jabones. Por otro lado, una cantidad insuficiente de catalizador
no permitirá una reacción de rendimiento satisfactorio.
El proceso comienza en definitiva con la mezcla del alcóxido
de sodio y el aceite, tal y como fue detallado en el subtítulo
"producción". En nuestro caso, se utilizó un recipiente de acero
inoxidable y un agitador eléctrico de 12V.
El acero inoxidable es un material muy noble que soporta
fácilmente las condiciones altamente cáusticas de la reacción. La agitación,
por su parte, es necesaria para promover el contacto íntimo de los reactivos y
lograr una buena eficiencia de reacción .
Fig. 3: Reactor casero
El paso siguiente lo constituye la decantación de la mezcla,
que por sí sóla se separará por completo en dos fases (glicerina y éster) al
cabo de unas horas.
El rendimiento del proceso suele estar cercano al 98-99%. Del
porcentaje que ha reaccionado, se forma aproximadamente un 90% de éster y un
10% de glicerina.
Una vez realizada la decantación, el éster es
"sifoneado", o la glicerina es purgada. En el presente trabajo no
analizaremos el tema de la glicerina. Sin embargo, cabe alcarar que a nivel
industrial su refinación y venta puede significar grandes ingresos. Sin
embargo, a escala casera, su purificación resulta casi imposible, con la
problemática adicional que representa su alta alcalinidad (hasta pH11) y
elevado contenido de metanol (un tóxico del nervio óptico que puede producir
intoxicación, ceguera y muerte hasta por inhalación o contacto dérmico).
Además, recordaremos que la destilación a temperatura de la
glicerina no es aconsejable dado que esto puede resultar en la descomposición
térmica de la glicerina, lo que puede liberar acroleína (propenal), un gas
cancerígeno. Por esto, la purificación de la glicerina se realiza en general
mediante una destilación al vacío, método impráctico y no económico a
pequeña escala.
Terminada la reacción, el metanol remanente queda retenido
aproximadamente en un 50% en la fase de la glicerina, y otro 50% en el éster.
Sin embargo, el lavado del éster con agua (proceso solo aplicable a escala
piloto por las implicancias ambientales respecto al volúmen de agua necesario)
remueve el contenido de metanol, dado que el agua, compuesto altamente polar,
tiene gran afinidad por éste alcohol. Cualquier remanente de alcohol en el
éster sería en el peor de los casos quemado en la cámara de combustión sin
mayores inconvenientes, y presenta en última instancia un mero problema de
costos (ya que su recupero presenta un ahorro valioso).
Fig. 4:Lavado del lote de 4 litros
El lavado con agua, (a escala casera) se realizó con la
ayuda de una piedra aireadora. Éste método desarrollado por la Universidad de
Idaho (EE.UU.), se basa en el hecho que las pequeñas burbujas desprendidas de
la piedra aireadora están rodeadas por una fina película de agua (que por su
densidad y polaridad se separa del éster y yace bajo el mismo). La película de
agua disuelve y lava las impurezas en su viaje a la superficie. Al emerger y
explotar, las pequeñas gotas de agua provenientes de la película de la burbuja
comienzan a descender hacia la fase acuosa, continuando el proceso de lavado.
El agua se vuelve turbia y lechosa por la disolución de los
jabones (producto de las reacciones secundarias indeseadas, mas siempre
presentes).
Finalmente, tras un filtrado con un filtro de papel de poro
grande (filtro de café) se eliminaron los vestigios de agua emulsionada (el
papel es un excelente absorbente de agua), y se obtuvo un producto totalmente
transparente.
De ésta forma, se obtuvieron unos cuatro litros de ésteres
metílicos grasos de aproximadamente la siguiente composición:1
69.3% C18:2 C18H32O
18.7% C18:1 C18H34O
6% C16:0 C16H32O
4.5% C18:0 C18H36O
1,4% C20:0/C22:0 C20H40O/C22H44O
0.3% C18:3 C18H30O
Fig. 5: Agua de lavado (3 etapas), glicerina y éster obtenido
El peso molecular aparente de una molécula equivalente de
aceite de girasol (a efecto de los cálculos estequiométricos), teniendo en
cuenta que por cada grupo glicerilo existen tres cadenas carbonadas cuya
composición es la recién expuesta, sería entonces de 284.164 gramos por mol.
CONTAMINANTES DEL COMBUSTIBLE
Según un trabajo de la Universidad de Iowa2, los
contaminantes más frecuentes en el biodiesel incluyen materia no saponificable,
agua, glicerina libre, alcohol, ácidos grasos libres, jabones, catalizador
remanente o residual y productos de oxidación.
Toda materia contenida en los aceites que no sea materia
grasa se denomina insaponificable. Se conocen con el nombre genérico de gomas y
comprende una larga lista de sustancias: polipéptidos, fosfátidos, lecitina,
proteínas, mucilágenos, esteroles, hidrocarburos, etc. Al no participar en las
reacciones de transesterificación, forman compuestos indeseados en el
biodiesel. Esto puede alterar el funcionamiento del motor. En general, son
tratados con algún ácido que luego se neutraliza junto con los ácidos grasos
libres.
La presencia de agua durante la reacción es tal vez uno de
los mayores focos de contaminación, ya que favrorece la saponificación y no la
transesterificación, produciendo jabones y mermando el rendimiento. En forma de
emulsión, su presencia es indeseada en el producto final, más cabe aclarar que
el agua es muy soluble en determinados ésteres, pudiendo alcanzar
concentraciones superiores a las 1500 ppm. El agua así disuelta no parece
presentar inconvenientes para el motor.
El biodiesel tiene la ventaja de ser muy biodegradable, pero
el revés de la moeda lo constituye el hecho que justamente por esto, es muy
susceptible de ser contaminado por microorganismos, más aún en lugares en que
se espera pueda entrar en contacto con agua.
La glicerina libre es un producto de la reacción de
transesterificación, y en general no se encuentra presente si el éster es
lavado con agua (la glicerina es polar y tiene mayor afinidad por el agua). Sin
embargo, puede aparecer producto de decantados cortos y malos lavados, y se
sospecha podría causar depósitos en el motor.
Los glicéridos son el conjunto de monoglicéridos,
diglicéridos y triglicéridos que pudieran existir. La utilización de un
exceso de alcohol en un 100% en general asegura su ausencia. Sin embargo, pueden
presentarse tras reacciones incompletas. Los triglicéridos constituyen los
aceites y lípidos en general que conforman la materia prima, por lo que en
forma menos técnica, podríamos decir que éstos constituyen "el aceite
que no reaccionó". El uso de aceites vegetales como combustibles en
motores diesel también ha sido estudiado desde hace ya muchos años, pero en
ese caso, deben adaptarse los mismos. Por ejemplo, deben ser adaptados con
sistemas de calentamiento de la línea de combustible (para disminuir la
viscosidad del aceite), y debe ajustarse el sistema de inyección. En motores no
preparados, la presencia de aceites puede llevar a la aparición de depósitos y
otros problemas.
Los ácidos grasos libres y los jabones son compuestos
relacionados. En general el biodiesel es producido utilizando un catalizador
como el metóxido de sodio, hidróxido de sodio o hidróxido de potasio.
Cualquier ácido graso presente reaccionará con el catalizador en presencia de
agua para formar jabones. Éstos suelen ser removidos en la etapa de lavado,
aunque su presencia en exceso dificulta enormemente ésta etapa. Durante el
funcionamiento del motor, el metal proveniente del jabón o catalizador puede
formar cenizas.
Resulta prudente hacer una breve explicación del proceso de
autooxidación del biodiesel. Éste proceso no se da por la presencia de
contaminantes, sino por la naturaleza misma de los ácidos grasos constitutivos,
pero vale aclarar los inconvenientes que conlleva.
El aceite de soja, por ejemplo, contiene un nivel de
insaturaciones más alto que muchos otros aceites, y pueden existir
catalizadores metálicos en los tanques de almacenaje. Esto produce una
autooxidación del éster. Cuando ésta reacción ocurre a temperatura ambienta,
los compuestos inicialmente formados son hidroperóxidos resultantes de la
adición de átomos de oxígeno a carbonos adyacentes a dobles ligaduras. En
éste punto en general la insaturación no se ve afectada. A medida que avanza
la oxidación, los peróxidos pueden descomponerse para dar aldehídos y ácidos
de cadena corta. Los hidroperóxidos son muy inestables y tienden además a
atacar los elastómeros. Además, pueden inducir la polimerización de los
ésteres formando gomas y sedimentos insolubles, lo que causa problemas en el
motor.
LUGARES DONDE SE USA
Muchos países ya han adoptado el biodiesel por diversos
motivos, como su aumento significativo en el poder de lubricación. Se encuentra
registrado como combustible y como aditivo para combustibles en la Agencia de
Protección del Medio Ambiente (Environmental Protection Agency, E.P.A., EE.UU.)
En Europa, prácticamente cualquier automóvil producido a partir de 1996 es
apto para el uso de biodiesel puro. Francia mezcla un 5 % de biodiesel como
aditivo en los combustibles de todas las estaciones de servicio del país, y en
la República Checa, el porcentaje de "Bio-Naphta" es del 30%.
Alemania, Austria y otros países de Europa Central usan BD puro. En Italia
según Choo et al.3, se utilizaba en 1991 en motores IVECO en 72
micros, en unas 19 ciudades, en una prueba de campo que implicó unos 520,000
km. de prueba. En EE.UU. se venden mezclas de biodiesel, y diversas flotas de
transporte terrestre lo utilizan. También es utilizado en minería y en el
sector marino. Japón presente interés en su producción y uso. En Alemania se
comercializa en más de 350 estaciones de servicio, siendo normal su uso en los
cruceros turísticos que navegan sus lagos. En los EE.UU., su uso se encuentra
ampliamente difundido, y su crecimiento durante los últimos años ha sido
exponencial. Actualmente, flotas de transporte público de diversos estados han
adoptado el biodiesel en mayor o menor medida.
Obviamente, debido al uso exhaustivo del gasoil en el campo
(a nivel mundial), el biodiesel se ha instalado en gran medida en el sector
agropecuario. Tal es así, que diversas marcas de maquinaria agrícola (John
Deere, por citar uno), extienden actualmente las garantías a su maquinaria para
cubrir el uso de las mismas con biodiesel en cualquier proporción.
PERSPECTIVAS ECONÓMICAS
La molienda de granos de oleaginosas en la Argentina arrojó
un volúmen de producción de 22.3 millones de toneladas para el año 20004.
Esto representa aproximadamente el 84% de la capacidad de molienda instalada5,
lo que deja ociosa un 16% de la misma. Según Monsanto et al, siguiendo el
trabajo de Ugolini (2000), esta capacidad alcanzaría para satisfacer el 42% de
la demanda si se proyectara abastecer la totalidad del consumo nacional de
gasoil por BD20.
Reulstará interesante actualizar la proyección de una
planta productora de biodiesel de 33,000,000 de litros al año, diseñada por
Ugolini (2002)6. Desde la citada publicación, se ha exento al
biodiesel de diversos impuestos, y por otro lado, el precio del aceite se ha
incrementado siguiendo el valor del dólar.
Vta Subprod.
Cant
Pr. U.
Total
Glicerina
3,399,000 lt
1.8
$ 6,118,200
Ácidos Grasos
429,000 kg
0.48
$ 205,920
Biodiesel
33,000,000 lt
0.37
$ 12,210,000
Total de Vtas
$ 18,534,120
Costo Op.
Cant
Pr. U.
Total ($/año)
MeOH
3,564,000 lt
0.3
$ 1,069,200
NaOH
49,500 kg
0.5
$ 24,750
Mano de Obra
5 p
1000
$ 60,000
Aportes prev.
$ 27,600
Energía (kW/h)
297,000 ton
0.04
$ 11,880
Vapor (tns)
16,500 ton
10
$ 165,000
Agua refrig.
$ 52,000
Mantenim
$ 138,000
Seguros
$ 90,000
Compra aceite
33,264 ton
300
$ 9,972,200
Tot. Costo Op.
$ 11,617,630
Costos Impositivos
Tasa
Total
Imp inmobiliario
EXCENTO
$ -
Imp a los activos
DEROGADO
$ -
Ing Brutos
EXCENTO
$ -
Total Impuestos
$ -
Sobre la base de los datos del trabajo el interés para el
1er. año es del 15% sobre el total de la deuda a dicha fecha, o sea 15% s/ $
6,000,000, suponiendo que el desembolso del préstamo haya sido realizado al
inicio del ejercicio económico analizado. Este costo financiero irá
disminuyendo a través de los años en base a la forma de amortización del
préstamo.
De todas formas la deducción del interés dependerá del
sistema de amortización adoptado (alemán, francés, sinking-fund, etc.), ya
que para cada caso habrá que determinar cuál es la cuota de interés contenida
en la cuota de servicio desembolsada.
De otro modo (al cabo de diez años, cuando caducirá la ley
de incentivos al biodiesel), el impuesto inmobiliario ascenderá a $60,000 y el
Impuesto a Ingresos Brutos ascendería al 1% sobre ventas, o sea, $185,241.20
Costo poducción BD c/ capital genuino
Costo montaje planta industrial
6,000,000.00
Amortización 10 años
600,000.00
Interés sobre capital
900,000.00
Administración y ventas
1,833,000.00
Otros Gastos
3,333,000.00
Costos Totales
14,950,630.00
Resultado Antes de Ign
3,583,490.00
Ign
1,254,221.50
Resultado Final 1er Ej económico
2,329,268.50
La construcción de la planta se financia con un crédito a
10 años con el 15% anual de intereses. En este modelo los costos operativos se
realizan con capital genuino.
Costo Neto Producción del Ester
Venta glicerina y ácidos grasos
$ 6,324,120
Costo total de producción
$ 16,204,852
Costo a imputar para el éster
$ 9,880,732
Costo por litro
$ 0.299
Venta salida de planta +20%
$ 0.359
Renta Anual
1,976,146
Ingresos de la planta (densidades = 1)
Kg.
Aceite de Soja
33,264,000 kg
MeOH
3,564,000 lt
Total
36,828,000 ton
Egresos de la planta
glicerina
3,399,000 lt
Ácidos grasos
429,000 kg
Biodiesel
33,000,000 lt
Total
36,828,000 lt
Sobre un costo anual de 16.000.000 se obtiene un beneficio de
$1.976.164, o sea una renta anual próxima al 12% (incluye amortización de la
planta). Al precio de venta del biodiesel a la salida de la planta se le asigna
un 20% de margen sobre el costo.
Precio de Venta del Biodiesel
BD 100
s/ imp.
BD20
s/ imp.
Precio a la salida de la planta
$ 0.359
Ingresos Brutos (3%) EXCENTO
$ -
IVA (21%)
$ -
Flete (10%)
$ -
ITC EXCENTO
$ -
Margen Est. de Expendio (10%)
$ 0.036
Precio de Venta del Biodiesel
$ 0.395
80% Gas oil de 0,89 $/lt
$ 0.71
20% BD
$ 0.08
Precio de Venta del Biodiesel
$ 0.79
Debe aclararse que dicho cálculo se ha hecho asumiendo un
precio del aceite de 300 pesos por tonelada, lo que puede haber sido cierto
hasta hace unos meses, pero se encuentra muy alejado de la realidad actual.
En todo caso, podría decirse que la proyección de la planta
de transesterificación se ha diseñado siguiendo precio internacionales.
Si se toma el precio actual del aceite, el precio del
producto final rondaría cerca del $1,60 para el BD100, lo que lo torna
excesivamente caro para el mercado local, aún frente al aumento de casi el 100%
que ha sufrido él gasoil en el primer semestre del año.
Es interesante recalcar que el biodiesel puede tener (y a
menudo tiene) un precio en planta superior al del gasoil, pero que la gran carga
impositiva impuesta por muchos países sobre los demás combustibles le permite
en general adquirir un precio competitivo.
CALIDAD DEL PRODUCTO OBTENIDO
El biodiesel de producción casera, elaborado a base de
aceites de frituras, resulto de buena calidad. Se utilizaron diversos análisis
para su tipificación, desde simples gravimetrías hasta espectrofotometrías
infrarojas.
La viscosidad cinemática del éster fue medida con un
viscosímetro Saybolt, y resultó ser de 3,654 cSt a 40ºC, entre los 3,5 y 6.0
cSt exigidos por la normativa Argentina previamente citada.
La densidad, por su parte, fue de 0.8797 g/cm3, lo
que concuerda con la normativa nacional, que exige un valor de 0.875-0.900 g/cm3.
El ensayo de corrosión al cobre, que por norma ASTM D130 no
debiera superar el No. 1, no llegó a tal nivel, dado que no se vió evidencia
alguna de deterioro del metal.
El punto de turbiedad, que debiera estar comprendido entre
los –3ºC y 12ºC, se ubicó entre los 9ºC y 10ºC aproximadamente.
El punto de escurrimiento, por su parte, representa la
temperatura a la cual se gelifica la sustancia, o sea, cuando pierde su
capacidad para escurrir. Dicho punto, que por norma debe estar entre los –15ºC
y 16ºC se ubicó cerca de los –4ºC.
El punto de inflamación (flash point) del éster obtenido
fue superior a los 100ºC. No se procedió a determinar su valor exacto, pues la
norma provisional ASTM PS-121 (vigente hasta hace unos pocos meses), establecía
simplemente un mínimo de 100ºC. Sin embargo, debe aclararse que la norma
definitiva ASTM D6751 establece un mínimo de 130ºC.
El residuo carbonoso representa el depósito de carbón tras
la calcinación de una. Por norma, no debiera sobrepasar el 0,05% en peso. En
nuestro caso, el valor ascendió a 0,0711%, un valor que si bien se encuentra
levemente fuera de norma, no es signo taxativo de un combustible de mala
calidad.
El agua constituye uno de los aspectos más controvertidos en
mi opinión. La norma ASTM D6751 que regula la calidad del biodiesel, estipula
un máximo contenido de 0,05% en peso. La norma alemana DIN 1606 (Set. ´97)
establece por su parte un límite de 300 ppm, o 0,03% en peso. Sin embargo, y
según hemos comprobado, ciertos ésteres (el de soja7, o como en
nuestro caso, el de girasol), pueden retener hasta 1700 ppm de agua en forma
disuelta. Éste agua no se encuentra emulsionada, y por lo tanto no es el tipo
de agua que representaría un riesgo obvio al funcionamiento del motor, ni
tampoco el tipo de agua que sería retenida por una trampa de agua de un motor
diesel. El biodiesel obtenido alcanzó un nivel de agua de entre 1200 y 2000
ppm, que es en donde se sitúa el límite de solubilidad de agua en el
"éster metílico de girasol" (denominación dada al biodiesel
obtenido de ésta oleaginosa).
La cantidad de agua encontrada marcó un notorio pico entre
los 3080 y 3550 cm-1 de la espectroscopía infraroja realizada. Si
bien ese pico denota la presencia del grupo alcohol (y por ende, podría
provenir de la presencia de metanol remanente), una destilación con xileno
demostró que el contenido de agua se encontraba muy fuera de especificación.
Sin embargo, siguiendo las investigaciones y trabajos de
otros científicos, y habiendo ensayado satisfactoriamente el combustible, debo
atreverme a criticar el nivel establecido por norma, o al menos, ponerlo en
duda, dado que a mi criterio éste aspecto merece una revisión más profunda.
ENSAYO EN MOTORES
Caracterizado el éster, y para culminar éste trabajo, se
procedió a ensayar el combustible "casero" en un motor de ciclo
diesel. A tal efecto de recurrió a un motor motor Indenor modelo xd2 de 4
cilindros y 2500 cc., con bomba inyectora Bosch e inyección directa sobre
cabeza de cilindros (furgoneta Peugeot 504).
Es realmente gratificante comprobar que de una sustancia como
el aceite cocinado, usualmente considerada residuo, pueda elaborarse algo que
efectívamente haga funcionar un motor. Es cierto que el grado de compresión de
un motor diesel permite la ignición incluso de un aceite puro, pero el llegar a
una sustancia razonablemente refinada que se sabe no causará daños al motor es
una experiencia verdaderamente gratificante. El motor arrancó con facilidad, y
gradualmente comenzó a emitir por el caño de escape el característico olor a
frituras, propio de la combustión del biodiesel.
HUMOS DE ESCAPE
Los gases de escape se analizaron con un opacímetro MAHA,
modelo MDO2. El análisis de opacidad de humos consiste hacer pasar un haz de
luz a través de una cámara llena de los gases de muestra. Una célda
fotoeléctrica mide la intensidad de luz recibida en el extremo opuesto, que
será inversamente proporcional a la densidad de humos de combustión. En la
Argentina, algunas de las normas más importantes que regulan la emisión de
gases de escape de vehículos son el Decreto 875/94 (3/6/94) y la Resolución
Conjunta 96/94 y 58/94 de las Secretarías de Transporte y de Industria. El
análisis de opacidad de humos es el único requerido para la determinación de
emisiones de motores de ciclo diesel.
Fig. 6: Opacímetro y comando a distancia
La escala de medición refleja un coeficiente no lineal de
absorción "k". Dicho valor sigue una escala exponencial, y alcanzó
para el biodiesel un valor de 1.71m-1 y 5.6m-1 para el
gasoil. Sin embargo, para realizar una comparación, es necesario ajustar éstos
valores a una escala lineal de 0-100, para los cuales el biodiesel arrojó un
valor de 52, y el gasoil de 91.
Esto nos dice que el gasoil aumentó la densidad de humos en
un 75%. O bien, que la reducción de humos fue de un 43%, casi la mitad. Más
aún, la medición arrojada por el gasoil no hubiese permitido al motor ensayado
cumplir con la legislación vigente, que en términos generales, puede decirse
establece un valor límite de k = 2.5m-1. En cambio, sí hubiese
estado en regla utilizando biodiesel.
EMISIONES GASEOSAS
No pudieron ensayarse niveles de gases de combustión (NOX,
SOX, CO, CO2, etc), pero la bibliografía cita en general
los siguientes valores:
Fig. 7: Reducción de gases (base gasoil=0)8
B100
B20
Comb. no quemado
-93%
-30%
CO
-50%
-20%
Partículas sólidas
-30%
-22%
Óxidos Nitrosos
13%
2%
Azufre
-100%
-20%
PAH
-80%
-13%
nPAH
-90%
-50%
SMOG POT.
-50%
-10%
Algunas publicaciónes citan reducciónes en el nivel de
óxidos de nitrógeno, aunque en general se asume que la utilización de
biodiesel suele llevar aparejado un aumento de éstas emisiones. Los óxidos de
azufre en general se encuentran ausentes, dado que el biodiesel no contiene
azufre. El azufre en un inhibidor catalítico, y su ausencia permite el uso de
catalizadores efectivos en el tratamiento de gases como el óxido de nitrógeno.
CONCLUSIONES
Puede destacarse una serie de conclusiones generales del
presente trabajo. A saber:
• El biodiesel representa una alternativa extremadamente útil para un
país agrícola como la Argentina.
•
Su aplicación comercial a gran escala no implica inversiones extras en
adaptación, genera puestos de trabajo, y puede llegar a ser económicamente
rentable.
• El contenido de agua disuelta del metil éster de girasol (así como del
metil éster de soja) puede sobrepasar ampliamente los límites exigidos por las
normas internacionaes de calidad d biodiesel, y
se considera que los límites de las normas DIN y ASTM sobre contenido de
agua no debieran ser taxativas.
•
Las bajas emisiones de combustión convierten al biodiesel en una alternativa
atrayente para ciudades con problemas de contaminación severos, o ambientes
frágiles (como Parques Nacionales)
• Las extensas pruebas realizadas en todo el mundo con éste combustible
demuestran que el mismo es competitivo con el gasoil, y representa una de las
alternativas más viables en el campo de las energías renovables.
•
La reducción neta de humos (en escala lineal) fue de cerca de un 43%. El
aumento de humos derivados de la combustión de gasoil fue de un 75% respecto a
las emisiones del biodiesel.
• La simplicidad del proceso de producción torna al BD una alternativa
interesante para el autoabastecimiento de combustible de empresas agropecuarias
productoras de oleaginosas.
•
El aceite de cocina usado es actualmente desechado o vendido a precios
ínfimos para su reutilización, y su aprovechamiento para su conversión en
biodiesel debe ser estudiado tanto por las implicancias ambientales (reciclaje)
como por su utilidad en términos económicos.
AGRADECIMIENTOS
Addison, Keith
Álvarez, Horacio (E.S.T.E. – U.C.A.)
Gómez, Oscar
Miembros de biofuels@yahoogroups.com
Pinelli, Juan Pablo
Staff del lab. de la Esc. Escocesa San Andrés
Sussex, John R.
Troccoli, Osvaldo
Von Haeften, Eduardo
Walz, Ana
REFERENCIAS
1. Morrison, Robert Thorton y Boyd, Robert Neilson – "Química
Orgánica" 5º edición – Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington,
Delaware, E.U.A. – 1996 – 1474 pág.
2. Van Gerpen, Jon H. Et al – Iowa State University – "Determining
the influence of contaminants on biodiesel properties"
3. Choo Y. M. & Ma, A. N. – Palm Oil Research Institute of Malaysis
(PORIM), Kajang, Selangor Darul – Ong, A. S. H., Malaysian Palm Oil Promotions
Council, Kuala Lumpur, Malaysia – "Biofuels"
4. Boletín de Precios de Combustibles - Secretaría de Energía de la
República Argentina - Ministerio de Infraestructura y Vivienda - Octubre 2001 -
[en línea] http://energia.mecon.gov.ar
5. Monsanto, SAGPyA – Seminario Biodiesel "El futuro
del Pasado", Sta. Fe, 2001 – Congreso Organizado por la Universidad
Argentina de la Empresa y la Vicegobernación de la Provincia de Santa Fe – 18
de Septiembre de 2001 [en línea]
6. Ugolini, Jorge Guido – "Nuevo rol para la agricultura" Revista
"Super Campo" Nº 78 – Editorial Perfil – Marzo 2001 – p.26-29
7. Krahl J., Baum K., U. Hackbarth H., Jeberien E., Munack
A., Schütt C., Schröder O., Walter N., Bünger J., Müller M. M., Weigel A.
– "Gaseous Compounds, Ozone Precursors, Particle Number and Particle Size
Distributions, and Mutagenic Effects Due to Biodiesel" – 2001 – ASAE,
Vol 44(2): 179-191
8. Conferencia "Biodiesel: Combustible alternativo de
origen vegetal" – Pando, José Luis (Ing. de Petróleos, U.N.Cuyo). –
[en línea]
