communis) y anÁlisis de su
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SINTESIS DE BIODIESEL A PARTIR DE HIGUERILLA (RICINUS COMMUNIS) Y ANÁLISIS DE SU CICLO DE VIDA Integrantes:
Julián E. Santander Gómez
Melisa Esquivel Rojas
Director: PhD. Henderson Iván Quintero Pérez
Co-Director: Graciela Chálela Álvarez MSc., Dr.rer.nat. Posdoc
TABLA DE CONTENIDO
Introducción
Objetivos
Metodología
Resultados
Conclusiones
Referencias 2
INTRODUCCIÓN
3
Combustibles Fósiles
Generando control
Biocombustibles
Posible solución al desprendimiento
de combustibles fósiles. Baja
emisiones que presenta con el
anhídrido carbónico (CO2), dióxido de
azufre (SO2)
● Se acopla a condiciones del terreno
● Altamente toxico para el consumo de los seres vivos
● Alto porcentaje de aceite
● Transformación a lubricante para motores
● Requiere poca inversión para su cultivo
Requiere poca inversión para su cultivo
INTRODUCCIÓN
4
INTRODUCCIÓN
5
✓ Evaluar
✓ Cuantificar
ACV
OBJETIVO GENERAL
Determinar el perfil de impactos ambientales asociados a la síntesis de biodiesel de
higuerilla, mediante un análisis de ciclo de vida (ACV) desde el cultivo hasta la
etapa de producción.
5
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
✓ Producir biodiesel de higuerilla por medio de la transesterificación del aceite.
✓ Caracterizar mediante un análisis químico y físico el aceite y el biodiesel de higuerilla.
✓ Establecer los perfiles de impactos ambientales de la cadena productiva del biodiesel
de higuerilla hasta su obtención, cuantificando los flujos de materia y de energía en
su proceso productivo a escala experimental.
✓ Simular un proceso de producción de biodiesel de higuerilla a escala industrial, con la
ayuda del software Aspen Hysys V10.
6
METODOLOGÍA
7
Etapa 1
Planificación y alcance del proyecto.
Revisión bibliográfica.
Etapa 2
Desarrollo de marco teórico.
Etapa 3
Desarrollo experimental.
Simulación (ACV –Procesos)
Etapa 4
Análisis y entrega de resultados
RESULTADOS
9
1
PROCESO DE CARACTERIZACIÓN DE LA
SEMILLA
9
Semilla de Higuerilla 1
Características
- Color de cascara clara
- Tamaño Grande
- Origen de semilla en Barichara
Semilla de Higuerilla 2
Características
- Color de cascara oscura
- Tamaño Pequeño
- Origen de semilla en Rio Negro
10
Semilla 1 - Grande
Peso Húmedo (g) 24.3381
Peso Seco (g) 23.9130
Semilla 2 - Pequeña
Peso Húmedo (g) 11.0515
Peso Seco (g) 10.376
Semilla 1 - Grande
% Humedad 1.747
Semilla 2 - Pequeña
% Humedad 6.112
𝐻 =𝑃ℎ − 𝑃𝑠𝑃ℎ 𝐻 =
𝑃ℎ − 𝑃𝑠𝑃ℎ
PROCESO DE CARACTERIZACIÓN DE LA
SEMILLA
PRACTICA EXPERIMENTAL
12
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
13
Muestra de semillasMuestra de semillasDesactivación de
enzima Desactivación de
enzima Secado en horno
convectivoSecado en horno
convectivo
Extracción de aceite
Extracción de aceite
FiltradoFiltrado
14
Muestra de semillas
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
Semilla de Higuerilla 1 Semilla de Higuerilla 2
15
Desactivación de enzimas
Agua desionizada
Tiempo de 45 minutos
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
16
Secado en horno convectivo
Temperatura 30 a 80 °C
Tiempo de 1 hora
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
17
Extracción de aceite
Seis muestras de 500 gr
Seis temperaturas de
30°C a 80°C
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
18
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
TEntrada aceite = 30 a 80°C
TSalida aceite = 80°C
19
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
Aceite de higuerilla crudo
20
Filtrado
Tiempo de filtrado entre 3-4 semanas
Extracción por cada muestra de más de
130 ml
PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
21
ACEITE EN PROCESO DE FILTRACIÓN
22
RENDIMIENTOS DE EXTRACCIÓN
Rendimiento – Semilla 1, grande
T extracción [°C]Volumen aceite
[ml]
Peso de muestra
[g]
Rendimiento de
extracción
30 137 500 26,30%
40 140 500 26,77%
50 142 500 27,19%
60 148 500 28,15%
70 149 500 28,57%
80 151 500 29,10%
Rendimiento - Semilla 2, pequeña
T extracción [°C]Volumen aceite
[ml]
Peso de muestra
[g]
Rendimiento de
extracción
30 120 500 23,04%
40 122 500 23,57%
50 134 500 25,72%
60 140 500 26,78%
70 144 500 27,63%
80 145 500 27,68%
CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE HIGUERILLA
23
NORMATIVIDAD
PARÁMETRO NORMA
Densidad NTC 336
Viscosidad cinemática ASTM D445
Humedad NTC 287
Índice de acidez NTC 218
24
INDICE DE ACIDEZ
Se expresan los miligramos de KOH necesarios para neutralizar los ácidos grasos contenidos en
la muestra. En el desarrollo del proceso no se utiliza agua debido a la insolubilidad que tiene en
las grasas, por esta razón se utiliza alcohol etílico como disolvente
Resultados obtenidos. 2.5 – 3 mgKOH/gaceite. → Es alto en aceites vegetales
• Fenolftaleína
• KOH
• Etanol
Titulación de
aceite
25
HUMEDAD
0,874
0,813
0,736
0,765
0,693
0,834
0,600
0,650
0,700
0,750
0,800
0,850
0,900
0,950
1,000
20 30 40 50 60 70 80 90
Hu
me
da
d[%
]
Temperatura [°C]
Humedad aceite de higuerilla - Semillas grandes
0,936
0,819
0,986
0,762
0,974
0,803
0,700
0,750
0,800
0,850
0,900
0,950
1,000
20 30 40 50 60 70 80 90
Hu
me
da
d [%
]
Temperatura [°C]
Humedad aceite de higuerilla - Semillas pequeñas
- Afecta la transesterificación
- Formación de jabones o gelesHumedad
Horno
convectivo
26
DENSIDAD
0,960
0,956
0,957
0,951
0,959
0,964
0,950
0,952
0,954
0,956
0,958
0,960
0,962
0,964
0,966
25 35 45 55 65 75 85
De
nsid
ad
[g
/ml]
Temperatura [°C]
Densidad aceite de higuerilla - Semilla grande
0,960
0,966
0,960
0,956
0,959
0,954
0,952
0,954
0,956
0,958
0,960
0,962
0,964
0,966
0,968
25 35 45 55 65 75 85
De
nsid
ad
[g
/ml]
Temperatura [°C]
Densidad aceite de higuerilla - Semilla pequeña
- Problemas en la miscibilidad con alcoholes a diferentes concentraciones
- Problemas en la fluidez y CongelacionesDensidad
Picnómetro
27
VISCOSIDAD
Que tan estable es el fluido
a cambios de temperatura
83,4
89,1
83,4
83,0
84,0
85,0
86,0
87,0
88,0
89,0
90,0
25 35 45 55 65 75 85
Ind
ice
de
vis
co
sid
ad
Temperatura [°C]
Índice de viscosidad - Semilla grande
82,9
83,4
83,3
82,8
82,9
83,0
83,1
83,2
83,3
83,4
83,5
25 35 45 55 65 75 85
Ind
ice
de
vis
co
sid
ad
Temperatura [°C]
Índice de viscosidad - Semilla pequeña
La viscosidad se reduce
moderadamente al
aumentar la temperaturaÍndice de
viscosidad
Reómetro
Anton Paar
28
PRODUCCIÓN BIODIESEL
29
Biodiesel
PASOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
30
Aceite de
Higuerilla
Metanol
Etanol
Propanol
NaOH
KOHGlicerina
PROCESO DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL DE
HIGUERILLA
Preparación de muestra
Preparación de muestra
Agitación de aceite más metanol y
catalizador
Agitación de aceite más metanol y
catalizador
Agitación de muestra por una
hora
Agitación de muestra por una
hora
Decantación de muestra por 24
horas
Decantación de muestra por 24
horas
Separación de glicerina y biodiesel
Separación de glicerina y biodiesel
Lavado en caliente de biodiesel
Lavado en caliente de biodiesel
Centrifugación de biodiesel
Centrifugación de biodiesel
Secado de biodiesel
Secado de biodiesel
31
32
PRODUCTOS DE TRANSESTERIFICACIÓN
GlicerinaBiodiesel de
Higuerilla
33
LIMPIEZA DE BIODIESEL DE HIGUERILLA
34
RENDIMIENTO DE BIODIESEL
Aceite de Higuerilla + Catalizador y Alcohol
Entrada aceite 150 g
Entrada catalizador y alcohol 14.4 g
Proceso de Transesterificación
Biodiesel 164,4019 g
Glicerina 10,6012 g
Total 175,0031 g
Purificación Biodiesel
Biodiesel 120 g
Glicerina 10,6012 g
Total 130,6012 g
Rendimiento 80 %
CARACTERIZACIÓN DEL BIODIESEL DE HIGUERILLA
35
CARACTERIZACIÓN DEL BIODIESEL
DE HIGUERILLA
36
Tabla de resultados biodiesel
Variable Valor Unidad
Viscosidad Dinámica 13.282 mPa*s
Viscosidad
Cinemática
14.518 mPa*s
Densidad 0.9149 g/cm3
Grado de acidez 7 pH
Humedad 0,4 %
Pruebas
realizadas en
viscosímetro
Stabinger 3001
marca Anton Paar
ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA
37
SISTEMA PRODUCTO
38
39
ACV
CULTIVO Y COSECHA
DESACTIVACIÓN DE
ENZIMA Y EXTRACCIÓN
DE ACEITE
PRODUCCIÓN DE
BIODIESEL CRUDO
✓ Semillas de higuerilla [kg]
✓ Agua [m³]
✓ Fertilizante [kg]
✓ Herbicida [kg]
✓ Fungicida [kg]
✓ Área [ha]
✓ Abono [kg]
✓ Cosechadora [kg]
✓ Riego de terreno [m³]
✓ Arado [ha]
➢ Semillas de higuerilla [kg]
✓ Agua desionizada [m³]
✓ Recorrido Barichara – B/manga [kgkm]
✓ Estufa eléctrica [kWh]
✓ Horno de precalentamiento [kWh]
✓ Extractora de aceite [kWh]
➢ Aceite crudo [kg]
➢ Residuo de torta [kg]
➢ Residuo de torta de filtro [kg]
➢ Biodiesel crudo [kg]
➢ Glicerina [kg]
PURIFICACIÓN DE
BIODIESEL
✓ Metanol [kg]
✓ KOH [kg]
✓ Agitador de platos caliente [kWh]
✓ Agitador magnético [kWh]
✓ Agitación de reacción [kWh]
✓ Agua destilada [kg]
✓ Agua acidulada [kg]
✓ Calentado de biodiesel [kWh]
✓ Centrifugación [kWh]
✓ Horno convectivo [kWh]
✓ Biodiesel purificado [kg]
✓ Residuos de agua [kg]
INVENTARIO DE CICLO DE VIDA
CATEGORÍAS DE IMPACTO
40
ReCiPe MidPoint (E)
Categoría Unidad
Calentamiento Global kg CO2 eq
Formación de Ozono kg NOx eq
Eutrofización de Agua Fresca kg P eq
Acidificación Terrestre kg SO2 eq
Escases de Recursos Fósiles kg Oil eq
ReCiPe EndPoint (E)
Categoría Unidad
Daño a la salud humana Daly
Daño a los ecosistemas Species.yr
Agotamiento de recursos Usd
ReCiPe (E) MidPoint
41
42
0 10 20 30 40 50 60 70
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%E
tap
as
Contribución al Calentamiento Global
• Ocupación del terreno → Cambio del suelo
• Transformación de ecosistemas ricos en carbono
• Uso de químicos
43
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%
Eta
pas
Contribución a la Formación de Ozono
• Emisiones por automóviles
• NO + Oxigeno = NO2 → Mayores contaminantes del aire
44
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%
Eta
pas
Contribución a la Eutrofización de Agua Fresca
• Vertidos agrícolas
• Aporte por fertilizantes, desechos orgánicos
• Residuos ricos en fosfatos y nitratos
45
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%
Eta
pas
Contribución a la Acidificación Terrestre
• Perdida de la capacidad neutralizante del suelo
• Aguas residuales desechadas
46
• Gasto de fuentes de energía (carbón, petróleo, diésel)
ReCiPe (E) EndPoint
47
48
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%E
tap
as
Contribución a la Salud Humana
Alteraciones al bienestar físico y social
49
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
%E
tap
as
Contribución a los Ecosistemas
Perdida de biodiversidad
Daño al suelo
50
0 10 20 30 40 50 60
Cultivo
Extracción de aceite
Producción biodiesel
Purificación
% E
tap
as
Contribución a los Recursos
ASPEN HYSYS
51
52
SIMULACIÓN PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
DE HIGUERILLA, ASPEN HYSYS V10
53
RESULTADOS DE SENSIBLIZACIÓN SEGÚN
LA CONCENTRACIÓN DE ALCOHOL
24,98 24,79 24,61 24,35
75,02 75,21 75,39 75,65
15
25
35
45
55
65
75
85
7,6 7,7 7,8 7,9 8 8,1 8,2 8,3
Fra
cció
n M
ola
r
Relación
Comportamiento de las concentraciones químicas según la relación alcohol:aceite en la reacción de transesterificación
Glicerina
Oleato de metilo
99,8297,12
94,51
90,7
75,02 75,21 75,39 75,65
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
7,6 7,7 7,8 7,9 8 8,1 8,2 8,3
Fra
cció
n M
ola
r
Relación
Comportamiento de las concentraciones químicas según la relación alcohol:aceite en la reacción de transesterificación
Metanol Reciclado
Oleato de metilo
Influencia de la Relación Alcohol-Aceite en los productos de Biodiesel de
higuerilla (Oleato de metilo) y Glicerina
Influencia de la Relación Alcohol-Aceite en el Biodiesel de
higuerilla (Oleato de metilo) y el Metanol Extraído
CONCLUSIONES
54
2
55
CONCLUSIONES
Biodiesel obtenido con el aceite extraído a 60ºC
cuenta con un rendimiento del 80%
Mejores rangos para poder trabajar en motores diésel
Alto índice de viscosidad.
Etapa de cultivo tuvo una mayor
influencia en todas las categorías de
impacto
Debido a que el uso de
fertilizantes, pesticidas y
fungicidas
Generar daños en la
salud humana,
animales y al medio
ambiente
Uso de la
cosechadoraRepresenta más de un 40%,
influenciado por la transformación
del terreno a tierras de cultivo,
gastos energéticos generados por el
uso de la misma
CONCLUSIONES
56
Proceso de purificación de
biodiesel de higuerilla
Segunda etapa con mayor contribución en las cargas ambientales
Utilización de ácido clorhídrico, el cual es altamente corrosivo y puede
ocasionar daños en la salud humana.
El escalado industrial del proceso de
producción de biodiesel de higuerilla
Genera datos estimados de la
producción
Datos pueden ser
utilizados en futuras
simulaciones de ACV
La etapa de extracción
del aceite
Menos impacto generó
en la producción de
biodiesel de higuerilla
Recursos utilizados no representan una
contribución significativamente alta, puesto que
solo se presenta un consumo energético que
aporta en la afectación del medio ambiente
menos del 10%
RECOMENDACIONES
57
3
RECOMENDACIONES
58
Para depurar el tiempo de obtención del aceite de higuerilla, se recomienda utilizar el método de
extracción por solventes, también para poder recuperar el aceite contenido en la torta resultante
del prensado.
En un próximo análisis de ciclo de vida, se aconseja incorporar la etapa de uso del biodiesel y sus
mezclas (B10-B90) en motores de combustión interna para observar su comportamiento y como
afecta en los impactos potenciales asociados en esta etapa de su ciclo de vida.
Se recomienda realizar un proceso de compostaje con los residuos de la torta de higuerilla que
resultan de la etapa de extracción de aceite, un método recomendable puede ser el
lombricompuesto, debido a que es una excelente opción para la producción de abono orgánico
que puede mejorar las condiciones físicas del suelo, como también ayudar a contribuir en
reducción de la aplicación de fertilizantes en próximos cultivos.
REFERENCIAS
59
4
64
➢Huertas, K., & Sánchez, I. (2012). OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE SEMILLAS DE RICINUS
COMMUNIS. (HIGUERILLA) MODIFICADAS GÉNETICAMENTE Y CULTIVADAS EN EL EJE CAFETERO. Pereira.
➢Martinez, M. d. (22 de Junio de 2013). Producción de Biodiesel a través de la extracción de aceite de Higuerilla.
➢Medina, M. A., & Ospino, Y. A. (2011). Evaluación de un proceso para obtener biodiesel usando tecnologías combinadas a partir de aceites
vegetales. Cartagena.
➢Pérez, A., & Dumar, K. (2011). ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE HIGUERILLA Y
ETANOL. Bucaramanga
➢Hincapie, G., Moreno , A., & Lopéz , D. (2011). Transesterificación de aceite de higuerilla crudo utilizando catalizadores heterogéneos. Universidad
de Antioquia.
➢Dinis, A. C. (2012). Obtención de Biodiesel por transesterificación de aceites vegetales. Universidad de Extremadura.
➢ INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN (ICONTEC).. Bogotá D.C.: El Instituto, 1999.
➢AMERICAN SOCIETY OF TESTING MATERIALS. Standard Test Methos for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and
Calculation of Dynamic Viscosity). ASTM D445-09.United States.
➢Cabrales, R., Marrugo, J., & Abril, J. (2014). Rendimientos en semilla y calidad de los aceites del cultivo de higuerilla (RicinuscommunisL.) en el valle
del Sinú, departamento de Córdoba. Montería.