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Energías Alternativas
 
 
 
Desarrollo de catalizadores sólidos para la obtención de biodiesel y aprovechamiento de los subproductos de la reacción

Desarrollo de catalizadores sólidos para la obtención de biodiesel y aprovechamiento de los subproductos de la reacción

 

Responsable: Dra. Mónica L. Casella

Co-responsables: Dr. Guillermo J. Siri, Dr. José F. Ruggera, Dra. Andrea B. Merlo

 

Personal participante: Dra. María A. Jaworski, Ing. Natalia E. Núñez, Lic. Marisa B. Navas, Srta. Daniela Alí (estudiante de la Lic. en Química).

 

Investigadores extranjeros participantes: Dres. Mercedes Martínez Rodríguez y Aurora Santos López (Departamento de Ing. Química, Universidad Complutense de Madrid).

 

Personal NO CINDECA: Docente Investigadores de la UNNOBA Farm. María Laura Faroppa , Lic. Claudia G. Caggiano. Ing. Juan José Musci becario de la CICPBA, Ing. María E. Chiosso becaria CIN.

 

El objetivo general del presente proyecto de investigación es contribuir al desarrollo del concepto de Biorrefinería, basado en aceites vegetales para uso no alimentario. Se toma como punto de partida la producción de biodiesel, de acuerdo con la Norma Europea 14214 y obtención de glicerina. La glicerina obtenida será valorizada mediante la reacción de formación de éteres, que se emplean como aditivos de productos petroquímicos. Esta tarea se complementará con el estudio, diseño y obtención de diferentes sistemas catalíticos, que serán empleados en los procesos de transesterificación catalítica para la obtención de biodiesel y en la formación de éteres a partir de glicerina.

La tendencia a la utilización de materias primas renovables ha impulsado a los investigadores a estudiar el aprovechamiento de productos derivados de la biomasa, tendiendo a disminuir de esta manera el uso de compuestos provenientes del petróleo. A partir de estos productos químicos de origen natural se busca obtener derivados con un mayor valor agregado, siendo la catálisis heterogénea una muy buena herramienta para la obtención de los mismos en una forma más sustentable.

Los biocombustibles están constituidos por alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos químicos provenientes de una fuente que no es de origen mineral o fósil sino biológica, la biomasa. El biocombustible biodiesel se obtiene mediante la reacción de transesterificación o alcohólisis, que es el resultado de tres reacciones reversibles consecutivas, en las cuales el triglicérido es convertido en diglicérido, luego en monodiglicérido y finalmente en glicerina, produciendo un mol de éster en cada una de estas reacciones. Industrialmente, el NaOH y KOH son los catalizadores homogéneos alcalinos más usados, debido a que alcanzan altas conversiones (98%) en una hora de reacción; además, presentan disponibilidad y bajo costo en el mercado. La utilización de estos catalizadores presenta desventajas técnicas y ambientales, debido a los procesos de neutralización de sus sales, los que a su vez, generan sobrecostos en la separación y purificación del producto final.

La utilización de catalizadores heterogéneos sólidos con características ácidas y/o básicas viene siendo estudiada como forma de sustituir a los homogéneos, teniendo en cuenta sus reconocidas ventajas de ser fácilmente recuperables y reutilizables. También son más ambientalmente amigables. Los catalizadores sólidos heterogéneos más estudiados para la producción de biodiesel se dividen en varios tipos: catalizadores sólidos alcalinos, catalizadores sólidos ácidos, catalizadores a base de sílice mesoporosa, etc.. Entre los catalizadores sólidos alcalinos comúnmente utilizados en la preparación de biodiesel, se encuentra el óxido de calcio y silicato de sodio. Algunos de estos catalizadores son prometedores, si bien en general no alcanzan los mismos resultados que los catalizadores homogéneos en los términos de la actividad y el rendimiento de ésteres metílicos.

El glicerol, como se ha mencionado anteriormente, es el principal subproducto de la creciente industria del biodiesel. Como consecuencia del proceso de transesterificación de triglicéridos con metanol se generan 100 Kg de glicerol (en forma de disoluciones acuosas concentradas) por cada tonelada de biodiesel producido.

Para el desarrollo de este proyecto se ha seleccionado como reacción de valorización del glicerol, la reacción de eterificación. La monoeterificación selectiva de glicerol produce productos químicos de alto valor agregado que presentan un amplio espectro de aplicaciones biológicas tales como anti-inflamatorios, antibacterianos, antifúngicos, antitumorales, entre otros. También se utilizan como intermediarios químicos en diferentes procesos de síntesis orgánica. En este contexto, se ha investigado la eterificación catalítica del glicerol con 1-fenil-1-propanol como reacción modelo, empleando diferentes catalizadores ácidos, tales como ácido p-toluensulfónico (p-TSA), ácido metilsulfónico (MSA), carbón sulfonado, zeolita H-FAU y resina Amberlyst-16 con resultados dispares.

La eterificación de glicerol con isobutano también es una reacción de gran importancia, ya que ofrece un acceso directo hacia la obtención de derivados tert-butilados del glicerol (GTBEs) que se utilizan como aditivos de combustibles. Los glicerol-éteres de alquilo son sintetizados por eterificación de alquenos, particularmente isobuteno, en presencia de catalizadores ácidos a una temperatura de 50-150ºC y relaciones molares de glicerol-isobuteno alrededor de 1:2. La mezcla reaccionante inicial consiste en un sistema de dos fases, una fase polar rica en glicerol y la otra fase de hidrocarburos rica en oleofina, también contiene di éteres y tri éteres de glicerol. En el caso particular de la producción de GTBE, la olefina preferida es el isobuteno, pero podría reemplazarse por otras olefinas provenientes del FCC (Fluid catalytic cracking) siempre y cuando el producto final cumpla con las propiedades correspondientes al aditivo.

 
 
 
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