Estudio de la producción de biodiesel por procesos químicos y enzimáticos a partir de aceite de cocina usado

  • Juan Camilo Acevedo-Páez Universidad de Santander UDES Cucuta
  • Néstor Andres Urbina-Suárez Universidad Francisco de Paula Santander
  • Astrid Zuleima Acevedo-Rodríguez Universidad Francisco de Paula Santander
  • Luis Carlos Becerra-Orozco Universidad Francisco de Paula Santander
Palabras clave: biodiesel, aceite de cocina usado, transesterificación enzimática, transesterificación química, metil ésteres de ácidos grasos

Resumen

Se analizó la producción de biodiesel por medios químicos y enzimáticos, a partir de aceite de cocina usado (ACU), evaluando la calidad y rendimiento del producto obtenido en cada método. Para el proceso químico se desarrolló una esterificación ácida seguida de una transesterificación básica (temperatura de reacción: 60 °C, relación molar aceite:metanol 1:6, concentración de catalizador KOH: 1% p/p), tiempos de reacción: 55 y 70 min; y la transesterificación enzimática (temperatura: 38 °C, relación molar aceite:metanol 1:3, concentración de catalizador enzima lipasa XX 25 split liquida: 5%), tiempos de reacción: 3 y 6 horas. Se determinó propiedades fisicoquímicas (i.e. densidad, viscosidad cinemática, contenido de humedad, perfil de ácidos grasos, índice de acidez, peróxidos y saponificación) de la materia prima, registrando presencia de ácido oleico (42.45%) y ácido palmítico (33.52%). El mejor rendimiento obtenido fue a partir de la transesterificación química bajo las condiciones de 60 °C, 1% KOH y 70 minutos, evidenciando un porcentaje de conversión del 96.15% y un número ácido de 1.33 mmKOH/g, en comparación con la transesterificación enzimática que registró un alto número ácido de 6.91 mmKOH/g y porcentaje de conversión de 48.8% bajo las condiciones de 38 °C, 5% de enzima lipasa y 3 horas.

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Citas

The United Nations (UN), "Paris Agreement Spanish," 2015. [Online]. Available: https://unfccc.int/sites/default/files/spanish_paris_agreement.pdf. [Accessed Octubre 2018].

IDEAM, PNUD, MADS, DNP, "Inventario nacional y departamental de gases efecto invernadero.," DNP-MADS, Bogotá, 2016.

Global Agricultural Information Network, "Colombia Biofuels Annual 2018," 2018. [Online]. Available: https://gain.fas.usda.gov/Recent%20GAIN%20Publications/Biofuels%20Annual_Bogota_Colombia_7-6-2018.pdf. [Accessed Octubre 2018].

J. C. Acevedo, J. A. Hernández, C. F. Valdés and S. K. Khanal, "Analysis of operating costs for producing biodiesel from palm oil at pilot-scale in Colombia," Bioresource Technology, vol. 188, pp. 117-123, Julio 2015.

H. García and L. Calderón, "Evaluación de la política de Biocombustibles en Colombia.," 2012. [Online]. Available: http://www.fedesarrollo.org.co/wp-content/uploads/2011/08/Evaluaci%C3%B3n-de-la-pol%C3%ADtica-de-Biocombustibles-en-Colombia.pdf. [Accessed 2018].

Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, Resolución 316, Bogotá: MADS, 2018.

H. Sanaguano , "Conversión de los aceites residuales de la industria de alimentos en biodiesel," Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Perú, 2018.

Bulla E, "Diseño del proceso de producción de biodiesel a partir de aceites de fritura," Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 2014.

L. López , J. Bocanegra and D. Malagón-Romero, "Obtención de biodiesel por transesterificación de aceite de cocina usado," ngeniería y Universidad, vol. 19, no. 1, pp. 155-172, 2015.

J. C. Cedrón, A. Moncada and P. Mendoza , "Análisis de biodiesel preparado a partir de residuos de aceite doméstico, mediante RMN," Revista de la Sociedad Química del Perú, vol. 80, no. 1, pp. 3-8, 2014.

A. N. Phan and T. M. Phan, "Biodiesel production from waste cooking oils.," Fuel , vol. 8, pp. 3490-96, 2008.

European Committee for Standardization (CEN), "Fatty acid methyl esters (FAME) for use in diesel engines and heating applications - Requirements and test methods, European Standards, EN 14214," CEN, Belgium, 2014.

J. Lombana Coy , J. Vega Jurado , E. Britton Acevedo and S. Herrera Velásquez, Análisis del sector de biodiésel en Colombia y su cadena de suministro, Barranquilla, Colombia: Editorial Universidad del Norte, 2015.

Z. Yaakob, M. Alherbawi, M. Mohammad, Z. Alam and K. Sopian, "Overview of the production of biodiésel from Waste cooking oil," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 18, pp. 184-193, 2013.

P. N. Benjumea, J. R. Agudelo and L. A. Ríos, Biodiésel: Producción, calidad y caracterización, Medellín, Colombia: Editorial Universidad de Antioquía y Grupo de Manejo Eficiente de la Energía,, 2009.

C. C. Enweremadu and M. M. Mbarawa , "Technical aspects of production and analysis of biodiesel from used cooking oil," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13, pp. 2205-24, 2009.

A. F. Rojas, E. Girón and H. G. Torres, "Variables de operación en el proceso de transesterificación de aceites vegetales: una revisión - catálisis enzimática," Ingeniería e Investigación, vol. 30, no. 1, p. 17–21, 2010.

M. Berrios and R. L. Skelton, "Comparison of purification methods for biodiésel," Chem. Eng. J., vol. 144, no. 3, p. 459–465, 2008.

Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) , "Grasas y aceites animales y vegetales. Determinación del contenido de humedad y materia volátil, Norma Técnica Colombiana, NTC 287," ICONTEC, Colombia, 2002.

Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC), "Grasas y aceites vegetales y animales. Determinación del índice de acidez y de la acidez, Norma Técnica Colombiana, NTC 2018," INCONTEC, Colombia, 2011.

Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) , "Grasas y aceites vegetales y animales. Determinación del índice de peróxido, Norma Técnica Colombiana, NTC 236," ICONTEC, Colombia, 2011 .

Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) , "Grasas y aceites animales y vegetales. Determinación del índice de saponificación, Norma Técnica Colombiana, NTC 335," INCONTEC, Colombia, 1998.

Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) , "Grasas y aceites animales y vegetales. Cromatografía de gases de esteres metílicos de ácidos grasos. Parte 2: preparación de esteres metílicos de ácidos grasos, Norma Técnica Colombiana, NTC 4967," ICONTEC, Colombia, 2014.

I. E. García and Y. Rangel , "Diseño de un proceso de transesterificación enzimática para la obtención de biodiesel utilizando aceite de microalgas sintético," Universidad Francisco de Paula Santander), San José de Cúcuta, 2015.

American Society for Testing and Materials (ASTM), "Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester, ASTM D92-18," ASTM, USA, 2018.

American Society for Testing and Materials (ASTM), "Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration, ASTM D664-17a," ASTM, USA, 2017.

American Society for Testing and Materials (ASTM) , "Standard Test Method for Corrosiveness to Copper from Petroleum Products by Copper Strip Test, ASTM D130-18," ASTM, USA, 2018.

European Committee for Standardization (CEN) , "Fat and oil derivatives - Fatty Acid Methyl Esters (FAME) - Determination of ester and linolenic acid methyl ester contents, European Standards, EN 14103," European Committee for Standardization, Belgium, 2015.

B. Murcia , M. Andredy , W. Rodríguez, E. Alvarado and L. Chaves, "Caracterización de biodiesel obtenido de aceite residual de cocina," Revista Colombiana de Biotecnología, vol. 15, no. 1, pp. 61-70, 2013.

D. Casallas , E. Carvajal , E. Mahecha, C. Castrillón, H. Gómez , C. López and D. Malagón-Romero , "Pre-treatment of Waste Cooking Oils for Biodiesel Production," 2018. [Online]. Available: https://www.aidic.it/iconbm2018/programma/157casallas.pdf. [Accessed Octubre 2018].

M. Medina , Y. Ospino and L. Tejeda , "Esterificación y transesterificación de aceites residuales para obtener biodiesel," Luna Azul, no. 40, pp. 25-34, 2015.

J. Zelaya , "Evaluación de materiales vegetales y residuales oleaginosos para la producción de biodiesel en El Salvador," Universidad de El Salvador, El Salvador:, 2007.

M. Cifuentes , "2010 Obtención de Biodiesel a partir de aceite usado de cocina por transesterificación en dos etapas, con dos tipos de alcoholes," Universidad Libre de Colombia, Bogotá D.C, 2010.

E. Abularach Asbun and D. Amurrio Derpic , "Obtención de biodiesel a partir de aceite desechado de frituras," Acta Nova , vol. 4, no. 4, pp. 514-534, 2010.

J. Herrera and A. Vélez , "Caracterización y aprovechamiento del aceite residual de frituras para la obtención de un combustible (biodiesel," Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, 2008.

C. Galeano and E. Guapacha , "Aprovechamiento y caracterización de los residuos grasos del pollo para la producción de un biocombustible (Biodiesel)," Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, 2011.

B. Gómez and L. Cardona , "Composición de ácidos grasos en algunos alimentos fritos y aceites de fritura y factores relacionados, en un sector universitario de Medellín-Colombia," Perspectivas en nutrición humana, vol. 16, no. 2, p. 159–174, 2014.

E. P. Mamani, "Obtención y caracterización de biodiesel a partir de desechos de aceite de la cocina del comedor universitario de la UNJBG, mediante transesterificación alcalina," Universidad Nacional Jorge Brasadre Grohmann de Tacna, Tacna, Perú, 2017.

G. Chen , M. Ying and W. Li , "Enzymatic Conversion of Waste Cooking Oils Into Alternative Fuel-Biodiesel," Applied Biochemistry and Biotechnology, Vols. 129-132, pp. 911-21, 2006.

L. Azócar, "Proceso enzimático para la producción de metil ésteres de ácidos grasos utilizando aceites residuales de fritura en mezcla con aceite de raps como materia prima," Temuco, Universidad de la Frontera, 2011.

Revista Semana Sostenible, "¿Cómo y Por qué Deshacerse del Aceite de Cocina Usado?," 2017. [Online]. Available: https://sostenibilidad.semana.com/impacto/articulo/aceite-de-cocina-usado-como-botarlo-y-reciclarlo-en-colombia/38474. [Accessed 14 Mayo 2019].

M. M. Hasan and M. M. Rahman, "Performance and emission characteristics of biodiésel-diesel blend and environmental and economic impacts of biodiésel production: A review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 74, pp. 938-48, 2017.

J. Hill, E. Nelson, D. Tilman, S. Polansky and D. Tiffany, "J. Hill et al., Environmental, economic, and energetic costs and benefits of biodiésel and ethanol biofuels," Proceedings of the National Academy of Sciences USA, vol. 103, no. 30, pp. 11206-10, 2006.

M. Nurun Nabi, A. Zare, F. M. Hossain , Z. D. Ristovski and R. J. Brow, "Reductions in diesel emissions including PM and PN emissions with diesel-biodiésel blends," Journal of Cleaner Production, vol. 166, pp. 860-68, 2017.

F. Sundus, M. Fazal and H. Masjuki, "Tribology with biodiésel: A study on enhancing biodiésel stability and its fuel properties," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 70, pp. 399-412, 2017.

H. Zhang , K. T. Magara-Gomez, M. R. Olson, T. Okuda, K. Walz, J. J. Schauer and M. J. Kleeman, "Atmospheric impacts of black carbon emission reductions through the strategic use of biodiésel in California," Science of the Total Environment, vol. 538, pp. 412-422, 2015.

A. Rojas-González, O. Chaparro-Anaya and C. A. Ospina, "Evaluación de mezclas de biodiésel-diésel en la generación de energía eléctrica," Revista Ingeniería y Universidad, vol. 15, no. 2, pp. 319-336, 2011.

A. A. Flórez-Montoya and A. F. Rojas, "Efecto de la proporción de mezclas biodiésel/petrodiésel en el desempeño mecánico-ambiental de motores," Revista Ingeniería y Competitividad, vol. 11, no. 2, pp. 63-78, 2009.

C. A. Alejos Altamirano, L. Yokoyama, J. L. Medeiros, O. de Queiroz and F. Araújo, "Ethylic or methylic route to soybean biodiésel? Tracking environmental answers through life cycle assessment," Applied Energy, vol. 184, pp. 1246-1263, 2016.

M. D’Agosto, L. Franca , M. Lemos, A. Soares, M. Oliveira, C. Machada de Oliveira and L. da Costa Marques, "Comparative study of emissions from stationary engines using biodiésel made from soybean oil, palm oil and waste frying oil," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 70, pp. 1376-1392, 2017.

J. L. Ramírez, "Evaluación del uso de biodiésel obtenido a partir de aceite de cocina usado en un motor diésel," El Hombre y la Máquina,, vol. 40, pp. 102-110, 2012.

A. Bueno, J. de Oliveira Pontes, C. Cavalcante, M. Bento and M. Luna, "Performance and emissions characteristics of castor oil biodiésel fuel blends," Applied Thermal Engineering, vol. 125, pp. 559-566, 2017.

N. Usta, E. Ozturk, E. S. Conkur, S. Nas, A. H. Con, A. C. Can and M. Topcu, "Combustion of biodiésel fuel produced from hazelnut soapstock/waste sunflower oil mixture in a Diesel engine," Energy conversion and management, vol. 46, no. 5, pp. 741-755, 2005.

A. N. Ozsezen and M. Canakçi, "An investigation of the effect of methyl ester produced from waste frying oil on the performance and emissions of an IDI diesel engine," Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, vol. 23, pp. 395-404, 2008.

J. Song, J. Wang, A. L. Boehman, K. Cheenkachorn and J. Perez, "Effect of oxygenated fuel on combustion and emissions in a light-duty turbo diesel engine," Energy Fuel, vol. 16, no. 2, pp. 294-301, 2002.

B. Li, Y. Li, F. Liu, H. Liu , Z. Wang and J. Wang, "Combustion and emission characteristics of diesel engine fueled with biodiésel/PODE blends," Applied Energy, vol. 206, pp. 425-431, 2017.

Publicado
2019-06-28
Cómo citar
[1]
J. C. Acevedo-Páez, N. A. Urbina-Suárez, A. Z. Acevedo-Rodríguez, y L. C. Becerra-Orozco, «Estudio de la producción de biodiesel por procesos químicos y enzimáticos a partir de aceite de cocina usado», Aibi revista investig. adm. ing., vol. 7, n.º 2, pp. 20-26, jun. 2019.
Sección
Artículos de Investigación