Nuevos catalizadores para consolidar al biodiesel como alternativa energética


27 Oct 2014.

El biodiesel se considera una fuente de energía renovable que disminuye la emisión neta de dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero asociado a los combustibles convencionales como el petróleo y con el calentamiento global. Esto se debe a que el material vegetal con el que se produce el biodiesel proviene esencialmente de la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas toman CO2 del aire y lo transforman en biomasa.


Es por ello que cada vez existe más interés en generar biodiesel y otros tipos de biocombustibles, así como en mejorar su proceso de producción. Esta es la línea de investigación en la que trabaja Isis Romero Ibarra, con la que ganó en 2013 una de las Becas para Mujeres en la Ciencia, que otorga la empresa L’Oréal, conjuntamente con la Organización de las Naciones Unidas para la Educación la Ciencia y la Cultura y la Academia Mexicana de Ciencias (L’Oréal-UNESCO-AMC).

Para producir biodiesel se hace reaccionar el aceite extraído de ciertas semillas –las que se han identificado que tienen potencial en México son las de higuerilla, palma de aceite o piñón- con alcohol en presencia de un catalizador (un compuesto que favorece la conversión química de un compuesto a otro) en condiciones de temperatura y presión adecuadas. El resultado de estas reacciones es el biodiesel y como subproducto principal la glicerina, una sustancia utilizada en la industria cosmética y farmacéutica.

Los catalizadores más comunes en la industria y en el mercado internacional –explicó Romero- son de tipo homogéneo, principalmente el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio (conocidos como sosa y potasa cáustica, respectivamente) debido a que tienen una alta actividad que favorece las reacciones y son económicos.

No obstante –agregó-, estos dos compuestos tienen algunos problemas: no son reciclables, es muy costoso separarlos del medio de reacción, y cuando se separan de la mezcla final para neutralizarlos generan residuos corrosivos que dañan las instalaciones.

En su lugar, Romero Ibarra está probando con diferentes catalizadores cerámicos de tipo heterogéneo modificando la temperatura, el tiempo de reacción, las concentraciones de los reactivos y los ciclos de reúso del catalizador para determinar en qué condiciones se obtiene mayor cantidad de biodiesel. Uno de los compuestos que le ha dado buenos resultados es el zirconato de sodio, el cual –aseguró- no se había estudiado hasta ahora.

“El zirconato de sodio es un polvo blanco que puede separarse muy fácilmente del líquido que lo contiene sin instrumentos o equipos costosos, simplemente decantando o filtrando; no produce residuos corrosivos y se puede reutilizar sin ningún tipo de tratamiento previo hasta cinco veces manteniendo la misma capacidad, después de este número de usos, el rendimiento baja del 98% al 84%”.

De acuerdo con la posdoctorante del Instituto de Investigaciones en Materiales de la Universidad Nacional Autónoma de México, un catalizador heterogéneo que también ha causado interés es el óxido de calcio, pues también tiene altos rendimientos en la obtención de biodiesel, del 99 por ciento, pero no es reciclable y cuando se vuelve a usar los rendimientos caen. “La ventaja de usar estos zirconatos es que hemos observado que el rendimiento se mantiene a mayor número de ciclos de reúso, con lo cual se podrían reducir costos y ahorrar energía para tratar el catalizador”.

La ganadora de la beca comentó que se ha visto que los catalizadores cerámicos son capaces de reaccionar con el CO2 desde temperaturas de medio ambiente hasta las superiores utilizadas en la mayor parte de los procesos de combustión, formando nuevos compuestos, llamados carbonatos que se aglutinan en una coraza con porosidades.

Gracias a esta propiedad, afirmó, se podría ayudar a reducir la concentración de este gas de efecto invernadero en el aire. En la industria, por ejemplo, los gases que se emiten durante los procesos de combustión salen a altas temperaturas, alrededor de los 400°C; con este tipo de materiales cerámicos se podría atrapar el CO2 contenido en ese flujo.

El estudio de estos mecanismos a diferentes temperaturas, presiones y en presencia de vapor de agua, así como de diferentes estructuras que favorezcan la captura del gas también son parte de las investigaciones en las que participa la joven investigadora.


Del laboratorio a la industria



De acuerdo con Isis Romero, la Beca L’Oréal-UNESCO-AMC le servirá para continuar probando otros catalizadores, mejorar los rendimientos alcanzados y buscar la manera de darle un valor agregado a la glicerina, que constituye el 10% del producto final. Los resultados obtenidos hasta ahora sugieren que el zirconato de sodio es un buen candidato para la producción de biodiesel.

Sobre los pasos que seguirán en sus estudios, la investigadora indicó que la principal problemática a la que se enfrenta ahora junto con su equipo de colaboradores, es escalar esos procesos. “No es lo mismo producir algo en un matraz, es decir, en bajas cantidades, a producirlo masivamente en kilos o toneladas sin perder los buenos rendimientos y manteniendo lo que se observa a nivel laboratorio”.

Precisó que México todavía es muy joven en este campo pues aún no ha habido una buena vinculación entre la universidad y la industria, quizá porque es necesario la inversión de recursos y porque los procesos de escalamiento requieren tiempos que no convergen con los de la producción en las empresas, pero la propuesta sería que estemos abiertos a estos canales de comunicación.

Finalmente, Romero agradeció la guía y el apoyo del doctor Heriberto Pfeiffer Perea, a quien le reconoció su amplia experiencia en este campo de investigación, y el apoyo de los alumnos de licenciatura y posgrado del Instituto de Investigaciones en Materiales.


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