marzo 01

135

final de petróleo (Fig. 2). Entre1985 y 1996, el aumento de consu-mo de energía en el transporte fuede 88 millones de Tep, lo que re-presentó un 70 % del aumento dela demanda de energía (Fig. 3) [1].

Además, el 98 % de los com-bustibles empleados en el trans-porte provienen del petróleo, sien-do el 78 % del suministro de pe-tróleo comunitario procedente delexterior y, sin medidas específicaspara la progresiva liberación delpetróleo, en particular en el trans-porte, la dependencia petrolera po-dría llegar al 90 % de aquí al año2020.

Por otro lado, la dependencia dela UE de las importaciones energé-tica es ya del 50 % y, si no se adop-ta ninguna medida, se espera queaumente en los próximos años has-ta alcanzar el 70 % antes del 2020.En España, el nivel de dependenciaenergética se encuentra entre losmás elevados de la UE: el peso delas importaciones en nuestro paíssuperó el 70 % (72% en 1998).

En este contexto, las energíasrenovables, al ser autóctonas, re-presentan un potencial imprescin-dible para reforzar la seguridad delabastecimiento en Europa, redu-ciendo el nivel de importacionesenergéticas. La Comisión, en suLibro Blanco de 1997, ha fijado elobjetivo de duplicar la cuota de lasenergías renovables en el consumoglobal de energía, pasando del 6 %en 1997 al 12 % en 2010 [2]. En lí-nea con esta aspiración, se promul-gó la Ley 54/1997 del Sector Eléc-trico en España, que enuncia entre

Después del sector doméstico yde servicios, el transporte registrala mayor parte de las necesidadesenergéticas de la Unión Europea(UE), contribuyendo además demanera significativa al crecimientoactual de la demanda de energía fi-nal. En el año 1996, el consumo deenergía de la UE en el sector deltransporte fue de 283,27 millonesde Tep (toneladas equivalentes depetróleo), lo que representó un30% del consumo final de energía(Fig. 1) y un 46,6 % del consumo

1. Introducción

Biodiesel: una alternativa realal gasóleo mineral

G. Vicente Crespo, M. Martínez Rodríguez y J. Aracil Mira Dpto. de Ingeniería Química. Facultad de Ciencias Químicas.

Universidad Complutense

El biodiesel es una de las fuentesde energía renovables, y éstas, al

ser autóctonas, representan unpotencial imprescindible para

reforzar la seguridad delabastecimiento en Europa y

alcanzar el objetivo fijado por laComisión Europea, que suponeabarcar el 7% del mercado deltransporte en el año 2010. El

término biodiesel se refiere a losésteres metílicos o etílicos

obtenidos por transesterificaciónde aceites vegetales y de grasas

de animales.Se presentan los procedimientosde obtención y la utilización debiodiesel, principalmente en lacombustión de motores diesel y

calderas y sus ventajasmedioambientales en

comparación con el gasóleoconvencional. También se

estudian los aspectos económicosde su utilización.

Combustibles

Ingeniería Químicawww.alcion.es

30%

42%

28%

Transporte Doméstico y servicios Industria

46%

16%

21%

17%

Transporte

Transformación y energía

Industria

Otros

Figura 2. Consumo final de petróleo por sectores (1996)

Figura 1. Distribución del consumo de energía final por sectores en la UE (1996)

http://www.energuia.com

pón, los objetivos de reducciónquedaron establecidos en el 7 % y6 %, respectivamente [4].

A pesar de los avances alcanza-dos en la eficiencia de los vehícu-los nuevos, la gestión del tráfico yla concienciación ciudadana a cer-ca de los hábitos de conducción yel mantenimiento de los vehículos,el crecimiento anual del parque devehículos representa una barrerapara frenar el aumento del consu-mo de combustibles fósiles para eltransporte y el creciente deteriorode la calidad ambiental en las gran-des ciudades. El parque de turis-mos aumentó en 1.407.200 vehícu-los en 1999 respecto a 1998 y elconsumo de combustibles creciómucho más que el PIB (un 12,5 %la gasolina sin plomo y un 8,5 % elgasóleo A y B). Esta situación hagenerado un interés creciente porel desarrollo de fuentes de energíaalternativas a los combustibles tra-dicionales para el transporte. Eneste contexto, los biocarburantesson de las alternativas con ventajasmás claras y, que por su carácterrenovable y su menor impacto am-biental, ayudarían a cumplir loscompromisos adoptados a niveleuropeo. El libro blanco de 1997sobre las fuentes de energías reno-vables, cifró la contribución de losbiocarburantes en un 7 % del con-sumo de aquí al 2010 [2].

Se llaman biocarburantes a to-dos aquellos combustibles líquidosobtenidos a partir de productosbiomásicos que se utilizan princi-palmente en motores de combus-tión interna, pero también en cal-deras de calefacción. Se puedendistinguir dos clases de biocarbu-rantes:

• Los alcoholes y sus éteres de-rivados, obtenidos a partir de la ca-ña de azúcar, la remolacha, el sor-go dulce etc. y que se utilizan co-mo aditivos de las gasolinas.

• Los ésteres metílicos y etílicosderivados de los aceites vegetales,de las grasas animales o de losaceites vegetales usados, y quepueden sustituir al gasóleo de auto-moción o de calefacciones en cual-quier proporción. Por esta razón,se los engloba en el término gene-ral biodiesel.

sus objetivos la garantía del sumi-nistro y la calidad del mismo almenor coste posible, la mejora dela eficiencia energética, la reduc-ción del consumo y la proteccióndel medio ambiente; estableciendoen su Disposición transitoria deci-mosexta, el mismo objetivo que elLibro Blanco para nuestro país, yque, en términos relativos, tambiénsupone la duplicación de la partici-pación actual de las energías reno-vables (6,3 % del consumo deenergía primaria en 1998). Ade-más, para dar cumplimiento a estosobjetivos, el Instituto para la Di-versificación Energética y Ahorrode la Energía (IDAE) del Ministe-rio de Ciencia y Tecnología ha ela-borado un Plan de Fomento de lasEnergías Renovables, que ha sidoaprobado por el Consejo de Minis-tros el 30 de diciembre de 1999.

Por otro lado, el transporte tie-ne un efecto negativo sobre el me-dio ambiente, especialmente en lasgrandes ciudades. En la UE, eltransporte es responsable de un7% de las emisiones de dióxido deazufre (SO2), un 28% de las emi-siones de dióxido de carbono(CO2), del 87 % de las de monóxi-do de carbono (CO) y del 66% delas de óxidos de nitrógeno (NOx)[3]. Por este motivo, se ha genera-

do la necesidad de llevar acabo ac-tuaciones que contribuyan a con-servar el medio ambiente y, en es-te sentido, la mayor preocupaciónestá dirigida hacia los efectos delcambio climático. Según el GrupoIntergubernamental de Expertossobre el Cambio Climático(IPCC), desde 1900 se acelera elcalentamiento de la atmósfera de-bido al efecto invernadero, siendoeste efecto aun más intenso en losúltimos 25 años. Este calenta-miento se debe en un 80% a lasemisiones de dióxido de carbono,siendo, por tanto, su causante prin-cipal. Debido a la dependencia deltransporte de las energías fósiles yal crecimiento de la demanda deestos combustibles, se prevé unaumento de las emisiones de dió-xido de carbono en el transporte.En efecto, los aumentos previstosde dióxido de carbono entre 1990y el 2010 pueden atribuirse en un90% al sector del transporte. Enesta dirección, los principalescompromisos para la reduccióndel efecto invernadero se adopta-ron a través de un Protocolo fir-mado en Kioto en 1997. Así, laUE se comprometió a reducir enun 8% sus niveles de emisiones degases de efecto invernadero en el2010 respecto a los niveles en1990. Para Estados Unidos y Ja-

INGENIERIA QUIMICA

136

269,8

201,84

353,3

275,7

233,57

348,62

269,7

253,57

341,47

252,6

272,2

355,96

257,4

275,69

365,5

266,4

283,27

393,77

Industria

Transporte

Doméstico y Servicios

BB

B

B BB

J

J

J

J JJ

H HH

HH

H

1985 1988 1990 1994 1995 1996150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

B Industria

J Transporte

HDoméstico yServicios

Mill

ones

TE

P

Figura 3.Evolución delconsumo deenergía final por sectores en la UE

molécula polar y alcohol de cadenacorta.

Más recientemente, la defini-ción de biodiesel hace referencia alos ésteres metílicos y etílicos deorigen natural, obtenidos a partirde la transesterificación de cual-quier tipo de aceites vegetales ograsas animales, pero también apartir de la esterificación de ácidosgrasos, y que se emplean comocombustibles [5].

El proceso general de produc-ción de biodiesel se detalla en la fi-gura 4. Los ésteres alquílicos deácidos grasos, que se producen pa-ra ser combustibles diesel (biodie-sel), se obtienen a partir de la tran-sesterificación de aceites y grasascon alcoholes de bajo peso mole-cular (alcoholisis), en presencia deun catalizador adecuado. El casoparticular de la alcoholisis con me-tanol, que es el más común, paraformar ésteres metílicos de ácidosgrasos se denomina metanolisis.En el proceso se produce tambiénglicerina como producto secunda-rio. Tras su separación, los ésteresformados son tratados para separaruna parte del alcohol no reaccio-nante (50 %) y eliminar restos deimpurezas. A su vez, la glicerinatambién se purifica para poder serutilizada en sus aplicaciones tradi-cionales (cosmética, alimentación,farmacia, etc.) o en otras más no-vedosas (alimentos de animales,fermentaciones, plásticos, fabrica-ción de poligliceroles, ésteres deglicerina o 1,3- propanodiol, etc.)[6]. En la purificación de la glice-

3. Métódo de obtenciónde biodiesel

El presente artículo aborda eldesarrollo de estos últimos (biodie-sel) en todos sus aspectos.

El término biodiesel puede re-sultar ambiguo, ya que en unprincipio englobaba varios tiposdiferentes de productos cuandoson utilizados como combustiblesdiesel:

• Aceites vegetales.• Aceites vegetales mezclados

con gasóleo en proporciones varia-bles.

• Aceites vegetales mezcladoscon disolventes: microemulsiones.

• Productos resultantes de la pi-rólisis de aceites vegetales.

• Ésteres metílicos o etílicospreparados a partir de aceites vege-tales o grasas animales.

• Ésteres metílicos o etílicospreparados a partir de aceites vege-tales o grasas animales mezcladoscon gasóleo en proporciones varia-bles.

Sin embargo, con el crecienteénfasis en la producción y desarro-llo de ésteres metílicos y etílicos,como combustibles diesel, el tér-mino biodiesel se refiere, cada vezmás, a los ésteres metílicos o etíli-cos obtenidos por transesterifica-ción de aceites vegetales y de gra-sas de animales. En cuanto a lasmezclas de éstos con gasóleo, espreferible, para evitar ambigüeda-des, no incluirlas en el término de

2. Definición de biodiesel

biodiesel y referirse a ellas simple-mente como mezclas de biodieselcon gasóleo y señalar en que pro-porción. Una terminología usadade bastante utilidad consiste ennombrar a la mezcla con una B (debiodiesel) seguida de la proporciónde biodiesel en la mezcla. Así, porejemplo, la mezcla B20 estaría for-mada por un 20 % de biodiesel yun 80 % de combustible Diesel.

Además, hay que resaltar la de-finición de biodiesel propuesta porlas especificaciones ASTM, quedescribe el biodiesel como: Ésteresmonoalquílicos de ácidos grasosde cadena larga derivados de lípi-dos renovables tales como aceitesvegetales o grasa de animales, yque se emplea en los motores deignición de compresión (motoresdiesel) o en calderas de calefac-ción. Esta definición incluye, ade-más de los ésteres metílicos o etíli-cos, otros ésteres de monoalcoho-les como los ésteres isopropílicos,butílicos etc. Sin embargo, comoya se ha señalado, los ésteres demetanol y etanol son los más co-munes, especialmente, los de me-tanol, debido a su bajo coste y asus ventajas físicas y químicas:

Combustibles

marzo 01

137

Figura 4.Esquemageneral delproceso deobtención debiodiesel

Figura 5.Transesterifi-cación para dar ésteresmetílicos

ferimos en peso, 100 kilogramosde grasa o aceite y 11 kg de meta-nol producen, a través de la reac-ción de transesterificación, 100 ki-logramos de ésteres metílicos y 11kilogramos de glicerina. La reac-ción supone la transformación delas moléculas de triglicéridos, queson grandes y ramificadas, en mo-léculas de ésteres metílicos de áci-dos grasos, que son lineales, no ra-mificadas, más pequeñas y muy si-milares, en tamaño, a los compo-nentes del gasóleo mineral.

Químicamente, la transesterifi-cación consiste en tres reaccionesconsecutivas y reversibles. El tri-glicérido es convertido consecuti-vamente en diglicérido, monogli-cérido y glicerol. En cada reacciónun mol de éster metílico (EM) esliberado. (Fig. 6).

El estudio de la transferencia demateria en el proceso de obtenciónde biodiesel debe tenerse en consi-deración, ya que ni el metanol essoluble en los triglicéridos, ni losésteres metílicos lo son en la glice-rina. Sin embargo, el metanol essoluble en los ésteres metílicos y laglicerina. Por tanto, durante losprimeros minutos de la reacción, seobserva un sistema formado pordos fases, que se transforma en unafase homogénea al formarse los és-teres metílicos, pero tan prontoaparecen cantidades importantesde glicerina, vuelven a aparecerdos fases.

La alcoholisis es una reacción re-versible, por lo que es necesario uti-lizar exceso de alcohol para despla-zar el equilibrio hacia la formaciónde productos. Además, la forma-ción de la fase de la glicerina, in-miscible con los ésteres metílicos,juega un papel importante en el des-plazamiento de la reacción hacia laderecha, alcanzándose, por ello,conversiones cercanas al 100 %.

La alcoholisis requiere la pre-sencia de un catalizador adecuado,que puede ser homogéneo (ácido obásico) o heterogéneo, siendo pre-ferible la reacción con un cataliza-dor homogéneo básico, ya que seobtienen mejores resultados, entérminos de rendimiento y calidaddel biodiesel, rapidez de la reac-

rina se separa la otra parte del al-cohol no reaccionante y ácidosgrasos, que pueden esterificarse denuevo para formar más biodiesel outilizarse como materia prima paraproducir jabón u otros productos.

El esquema global de la reac-

ción de alcoholisis para dar ésteresmetílicos se refleja en la figura 5.Según la estequiometría de la reac-ción global, por cada mol de trigli-cérido transesterificado se necesi-tan tres moles de metanol y se ob-tienen tres moles de ésteres metíli-cos y un mol de glicerina. Si lo re-

INGENIERIA QUIMICA

138

Figura 6.Esquema dereacción de lametanolisis

Figura 7.Reaccionessecundariasindeseables

Existen varias materias primasque contienen los glicéridos nece-sarios para la obtención de ésteresmetílicos de ácidos grasos. Unaclasificación de estas materias pri-mas se refleja en la figura 8 [8]. Elaceite de colza es la materia primacon mayor cuota de utilización enla producción de biodiesel. En se-gundo lugar, está el aceite de gira-sol, seguido por el aceite de soja ypalma, (Fig. 9). Las otras materiasprimas son el aceite de coco, el se-bo y los aceites usados [9].

4.1. Aceites vegetalesconvencionales–––––––––––––––––––––––––––––––

Las materias primas utilizadasconvencionalmente en la produc-ción de biodiesel han sido los acei-tes de semillas oleaginosas comoel girasol y la colza (Europa), lasoja (Estados Unidos) y el coco(Filipinas); y los aceites de frutosoleaginosos como la palma (Mala-sia e Indonesia). En la figura 10 serepresentan las producciones mun-diales de los aceites vegetalesmencionados en 1995 [10].

Por razones climatológicas, lacolza (Brassica napus) se produceprincipalmente en el norte de Eu-ropa y el girasol (Helianthus an-nuus) en los países mediterráneosdel sur, como España o Italia. Lautilización de estos aceites paraproducir biodiesel en Europa haestado asociada a las regulaciones

4. Aceites vegetales ygrasas animales parala producción debiodiesel

ción, mientras que se necesitancondiciones moderadas de presióny temperatura [7]. Los catalizado-res de este tipo son bases fuertes,siendo los más comunes los hidró-xidos y metóxidos (sódicos y potá-sicos). No obstante, estos cataliza-dores presentan el problema de laformación de jabones por neutrali-zación de los ácidos grasos librespresentes en el aceite. Además, sise utilizan hidróxidos como catali-zadores se pueden formar jabonespor saponificación de los glicéri-dos o los ésteres metílicos forma-dos. Los esquemas de ambas reac-ciones secundarias cuando se utili-za hidróxido potásico como catali-zador se observan en la figura 7.La formación de jabones consumeparcialmente el catalizador, dismi-nuye el rendimiento de la reacción,y dificulta las etapas de separacióny purificación.

La neutralización de los ácidosgrasos libres se puede evitar utili-zando aceites de bajo índice de aci-dez (>0,5 %). Sin embargo, en mu-chas ocasiones los aceites más ren-tables económicamente presentancierto contenido en ácidos grasos,como los aceites y grasas usadas.

La saponificación está favoreci-da cuando se utiliza el hidróxidopotásico o sódico, ya que sus mo-

léculas contienen los grupos OHresponsables de esta reacción. Así,cuando se utilizan estos catalizado-res, se debe tener especial precau-ción con las condiciones de reac-ción, especialmente temperatura ycantidad de catalizador básico, pa-ra reducir al máximo la saponifica-ción. Sin embargo, los metóxidossólo contienen el grupo OH comoimpureza, por lo que su utilizaciónno produce prácticamente jabonespor saponificación. En cualquiercaso, se deben utilizar aceites y al-coholes esencialmente anhídros,ya que el agua favorece la forma-ción de jabones por saponifica-ción. Por este motivo, se debe eli-minar el agua, mediante evapora-ción, en los aceites con altos conte-nidos en humedad antes de llevar acabo la transesterificación.

Combustibles

marzo 01

139

ACEITES VEGETALES CONVENCIONALESAceite de girasol.Aceite de colza.Aceite de soja.Aceite de coco.

Aceite de palma.

ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOS.Aceite de Brassica carinata.

Aceite de Cynara curdunculus.Aceite de Camelina sativa.

Aceite de Crambe abyssinica.Aceite de Pogianus.

Aceite de Jatropha curcas

ACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTE.Aceite de girasol de alto oleico

GRASAS ANIMALESSebo

ACEITES DE FRITURA USADOS.

ACEITES DE OTRAS FUENTESAceite de producción microbiana

Aceite de microalgas

Figura 8.Materiasprimas para la producciónde biodiesel

Aceite de colza (84%)

Aceite de girasol (13%)

Aceite de soja (1%) Aceite de palma (1%)Otros (1%)

Figura 9. Materias primas enla producción debiodiesel

Por otra parte, existe una limita-ción en cuanto a los subproductosresultantes del cultivo de determi-nadas oleaginosas en tierras de re-tirada (Acuerdos de Blair House),que se cuantifica en un millón detoneladas equivalentes de soja.

En nuestro país, el uso de culti-vos tradicionales como energéticosestá condicionado además por laproducción del aceite, ya que unaproducción media en secano de 834kilos por hectárea de aceite de gira-sol resulta poco atractiva, desde elpunto de vista del agricultor, paraelegir este cultivo como fuente deobtención de biocarburantes. La col-za no le va a la zaga, pues su cultivoextensivo presenta en España unosrendimientos no muy superiores algirasol. En la Tabla II se observa elanálisis de superficie, rendimiento yproducción de girasol, colza y sojaen España en 1996 [12].

Para asegurar un volumen con-tinuo de suministro, las materiasprimas para usos energéticos debe-rán proceder de las mismas tierrasque las destinadas a usos alimenta-rios, recibir las mismas ayudas ycomercializarse de forma no dife-renciada [13]. Al mismo tiempo, sedeben utilizar otras materias pri-mas distintas a las convencionales.De este modo, se deben dirigir lasinvestigaciones hacia las materiasprimas más baratas, las semillas ofrutos que producen mayor rendi-miento en aceite y los aceites ograsas que presentan algún tipo deventaja en el proceso de transfor-mación a ésteres metílicos o en lacalidad de los mismos.

de retirada obligatoria de tierras(set-aside lands) de la PolíticaAgraria Común (PAC) que permiteel cultivo de semillas oleaginosas aprecios razonables. Con la entradaen vigor de la reforma de la PACen 1992 se introduce el conceptode la retirada obligatoria de tierras,que básicamente consiste en dejarun % mínimo de la tierra de laboren barbecho, pudiéndose cultivarúnicamente si los fines son no ali-mentarios. En la actualidad el por-centaje mínimo de tierras de retira-da es del 10 %. En España, segúnel IDAE, se alcanzan 100.000 hec-táreas para la obtención de biodie-sel (10 % de la superficie tradicio-nalmente dedicada al girasol) [11].Sin embargo, la dedicación de sólo

las tierras de retirada para la pro-ducción de materia primas energé-tica supone un riesgo por cuantoestas superficies varían en el tiem-po, ya que el régimen de retiradade tierras depende de la oferta y lademanda de cereales alimentarios,lo que implica que este índice estásujeto a alteraciones. El porcentajede tierras de retirada obligatoria,que un principio fue de un 15 %,disminuyó a un 12 % y posterior-mente a un 10%, originando, portanto, variaciones en la producciónde biocarburantes. En la Tabla I es-tán representadas las evolucionesde tierras cultivadas con semillasoleaginosas (girasol, colza y soja)para fines alimentarios y no ali-mentarios en España y Europa.

INGENIERIA QUIMICA

140

No alimentaria AlimentariaArea (1.000 ha) 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98 93/94 94/95 95/96 96/97 97/98

Girasol España 4,44 35,64 26,86 13,76 13,77 2.064,28 1.292,67 1.043,59 1.110,00 1.111,00UE 31,84 134,73 143,26 88,43 71,76 3.176,39 2.823,43 2.304,58 2.405,39 2.340,00

Colza España 0 2,16 5,20 2,32 2,32 9,56 66,96 81,520 82,00 82,00UE 171,38 477,58 824,82 562,06 325,52 2.329,48 2.356,47 2.068,71 2.105,37 2.487,30

Soja España 0 0 0 0 0 1,27 5,52 0,30 5,00 5,00UE 0 0 0 0 0 274,44 341,63 304,71 332,23 401,00

Tabla I. Evolución de las superficies cultivadas con semillas oleaginosas para fines alimentarios y no alimentarios

Girasol Colza Soja Coco Palma0

20

40

60

80

100

120

140

Pr

od

uc

ció

n (

MM

T)

S e m i l l a s y F r u t o s O l e a g i n o s o s

2 6 , 23 4 , 7

1 2 9 , 9

4 , 91 5 , 6

Figura 10.Produccionesmundiales deaceitesvegetales en1995

que han sido modificados genéti-camente para reducir esta propor-ción, como el aceite de girasol dealto oleico.

4.4. Aceites de fritura usados–––––––––––––––––––––––––––––––

El aceite de fritura usado es delas alternativas con mejores pers-pectivas en la producción de bio-diesel, ya que es la materia primamás barata, y con su utilización seevitan los costes de tratamiento co-mo residuo. En Austria, cada per-sona produce 5 kg por año de acei-tes vegetales usados [15]. Extrapo-lando este valor para Europa, apro-ximadamente 1.860.000 de tonela-das podrían recolectarse, basándo-nos en una población de372.131.000 personas [16]. SegúnRICE (1999), en la actualidad serecogen algo más de 500.000 tone-ladas de aceites usados [17].

A este respecto, España es ungran consumidor de aceites vegeta-les, centrándose el consumo enaceite de oliva y girasol. Además,estos aceites presentan un bajo ni-vel de reutilización, por lo que nosufren grandes alteraciones ymuestran una buena aptitud para suaprovechamiento como biocom-bustible.

Los datos de consumo en Espa-ña se sitúan en torno al millón detoneladas/año, estando el volumende producción de los aceites usa-dos en torno a las 750.000 tonela-das/año. La estructura de este con-sumo se caracteriza por un pesomuy elevado del sector hogar, alre-dedor del 70 % del total, y el restocorresponde al sector de la hostele-ría, servicios y centros oficiales.

4.5. Grasas animales–––––––––––––––––––––––––––––––

Además de los aceites vegetalesy los aceites de fritura usados, lasgrasas animales, y más concreta-mente el sebo de vaca, pueden uti-lizarse como materia prima de latransesterificación para obtenerbiodiesel.

El sebo tiene diferentes gradosde calidad respecto a su utilización

4.2. Aceites vegetalesalternativos–––––––––––––––––––––––––––––––

Además de los aceites vegetalesconvencionales, existen otras espe-cies más adaptadas a las condicio-nes del país donde se desarrollan ymejor posicionados en el ámbitode los cultivos energéticos. En estesentido, destacan las utilizaciones,como materias primas de la pro-ducción de biodiesel, de los aceitesde Camelina sativa, Crambe abys-sinicay Jatropha curcas.

Como se señaló en el aparta-do anterior, los condicionantesproductivos en España limitan eluso de cultivos tradicionales comoenergéticos. Sin embargo, existenotros cultivos que se adaptan mejora las condiciones de nuestro país yque presentan rendimientos de pro-ducción mayores. En concreto, setrata de los cultivos de Brassicacarinata y Cynara cardunculus.

La Brassica carinata fue impor-tada en 1957 de Etiopía donde cre-cía en campos pequeños cerca delas aldeas. En Europa, es conocidacomo colza etíope, ya que, excep-tuando algunas diferencias, es muyparecida a la colza europea (Brassi-ca napus). La primera de ellas ymuy importante, es que no es aptapara el consumo, lo que es una granventaja para su uso como materiaprima energética. Al mismo tiem-po, la Brassica carinataes una al-ternativa real al secano y regadíoextensivo, con valores de produc-ción situados entre 2.000 a 3.000kilogramos por hectárea en secanoy más de 3.200 en regadío. De estaforma, podría alcanzarse una situa-ción competitiva con otras regionesproductoras de la Unión Europea,

donde los rendimientos por hectá-rea de la colza o el girasol alcanzanvalores superiores.

La Cyanara cardunculuspro-viene originalmente de las zonasmediterráneas, donde los egipcios,los griegos y los romanos la cono-cían. Actualmente, se puede encon-trar creciendo de forma salvaje enlos países mediterráneos, sobre to-do en el sur de España y Portugal,las Islas Canarias y las Azores. LaCynara cardunculus es un cultivoplurianual y permanente, de unosdiez años de ocupación del terreno,y orientado fundamentalmente a laproducción de biomasa, aunquetambién pueden aprovecharse sussemillas para la obtención de acei-te. Se obtienen rendimientos de20.000 a 30.000 kilogramos de ma-teria seca por hectárea, que puedenutilizare para la producción de bio-electricidad. Al mismo tiempo, seobtienen de 2.000 a 3.000 kilogra-mos de semillas, cuyo aceite sirvede materia prima para la fabrica-ción de biodiesel [14].

4.3. Aceites vegetalesmodificados genéticamente–––––––––––––––––––––––––––––––

Los aceites y grasas se diferen-cian principalmente en su conteni-do en ácidos grasos. Los aceitescon proporciones altas de ácidosgrasos insaturados, como el aceitede girasol o de Camelina sativa,mejoran la operatividad del biodie-sel a bajas temperaturas, pero di-minuyen su estabilidad a la oxida-ción, que se traduce en un índicede yodo elevado. Por este motivo,se pueden tener en consideración,como materias primas para produ-cir biodiesel, los aceites con eleva-do contenido en insaturaciones,

Combustibles

marzo 01

141

Superficie (Hectáreas) Rendimiento (kg/Ha) ProducciónSemilla Secano Regadío Total Secano Regadío (Toneladas)

Girasol 847.282 250.932 1.098.214 834 1.877 1.177.757

Colza 16.304 81.262 97.566 1.138 1.100 107.962

Soja 64 5.073 5.137 917 1.987 10.141

Tabla II. Análisis de superficie, rendimiento y producción de girasol, colza y soja en España (1996)

nan la calidad del biodiesel, por loque deben definirse especificacio-nes que comprendan estas propie-dades.

Además, el biodiesel debe cum-plir las especificaciones de loscombustibles minerales de auto-moción, gasóleo A, y calefaccio-nes, gasóleo C. El Real Decreto398/1996 fija las especificacionesde estos combustibles en concor-dancia con la norma europea EN-596.

Por otro lado, el objetivo de lle-gar en la Unión Europea a un con-sumo de biocombustibles del 7 %de los derivados del petróleo supo-ne un esfuerzo en la normalizaciónde sus características y métodos deensayo. En este sentido, la homo-logación del biodiesel es de impor-tancia capital para todos los secto-res socioeconómicos implicados,ya que con ella se garantiza la cali-dad del producto en cuanto a com-bustible.

En este contexto, algunos paíseseuropeos han aprobado normas pa-ra el control de calidad del biodie-sel, sin embargo, a nivel europeo,tan sólo existe un borrador de lasmismas, aunque se espera que suactualización entre en vigor duran-te el presente año. El borrador, quedistingue entre las característicascomo carburante de las químicasespecíficas como ésteres metílicos,puede apreciarse en la Tabla IV.

Desde el punto de vista energé-tico, el biodiesel constituye una

7. Aspectosenergéticos ymedioambientales

en la alimentación, utilizándose losde peor calidad en la formulaciónde los alimentos de animales. Sinembargo, este mercado ha quedadovetado tras la aparición de la Ence-falopatía Espongiforme Bovina(BSE), conocida como enfermedadde las "vacas locas", en Irlanda yReino Unido en 1996. La BSE esuna enfermedad fatal que ataca elsistema nervioso central de los bo-binos produciendo 100 % de morta-lidad en los animales afectados y suprincipal vía de transmisión es laalimentaria. Esto originó la crea-ción de un nuevo grado de calidad,que comprende el sebo obtenido delas partes del animal con mayorriesgo de transmitir esta enferme-dad, que son el cerebro y la espinadorsal, principalmente, pero tam-bién los ojos, los ganglios, las raícesdorsales, el ileón y las amígdalas.

En Irlanda e Inglaterra, se produ-cen 50.000 toneladas/año de seboobtenido a partir de los residuos delas partes con mayor riesgo de losanimales y de ellos mismos cuandoson sospechosos de padecer la en-fermedad. Para evitar la difusión deBSE y por ley, el sebo debe ser in-cinerado, sin embargo, los costes detransporte e incineración son eleva-dos, en tanto que su transformacióna biodiesel es una alternativa menoscostosa. En este sentido, con la apa-rición de esta enfermedad en todaEuropa y, en concreto en España, seha abierto una clara alternativa a laincineración de los residuos gana-deros, que ya se ha empezado a in-vestigar en Irlanda con resultadosfavorables [18].

4.6. Aceites de otras fuentes–––––––––––––––––––––––––––––––

Por último cabe destacar, la pro-ducción de lípidos de composicio-nes similares a los aceites vegeta-les, mediante procesos microbia-nos, a partir de algas, bacterias yhongos, así como a partir de mi-croalgas.

Aunque en los países europeos

5. Desarrollo delbiodiesel en Europa

la utilización de biodiesel es unapráctica reciente, el volumen deproducción de biodiesel en Europaes ya bastante significativo. Desdelas primeras plantas piloto (en Sil-berberg y Wieselburg), Austria co-menzó a producir biodiesel a partirde aceite de colza. Posteriormente,en los últimos años, se han cons-truido diversas plantas para la pro-ducción de biodiesel, principal-mente a partir de colza y girasol,en toda la Unión Europea, y el to-tal de su producción se ha incre-mentado significativamente comose muestra en los datos de la TablaIII. De acuerdo con el objetivo fi-jado por la Comisión Europea yque supone abarcar el 7% del mer-cado del transporte en el año 2010,se puede predecir una expectativapositiva de crecimiento de la pro-ducción de biodiesel en toda laUnión Europea.

En España, está prevista laconstrucción de una planta de pro-ducción de biodiesel a partir deaceites usados con una capacidadde producción de 50.000 tonela-das/año. La planta entrará en fun-cionamiento en Reus (Tarragona) alo largo del 2001.

El biodiesel está constituidoprincipalmente por mezclas de és-teres metílicos, pero también pue-de contener restos de jabones, gli-cerina, glicéridos (mono-, di- y tri-glicéridos), ácidos grasos libres,catalizadores, sustancias insaponi-ficables (esteroles y ésteres de es-teroles) y agua. La presencia deestos componentes minoritarios enmayor o menor medida determi-

6. Control de calidaddel biodiesel

INGENIERIA QUIMICA

142

Año 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999*

Producción (Miles de toneladas) 55 80 150 280 435 475 390 470

*Estimación (Fuente: Novaol)

Tabla III. Evolución de la producción de biodieselen la Unión Europea

reducción del tiempo de retraso deencendido y, en consecuencia, unavance del punto de inyección. Sehan presentado varias soluciones alproblema de las emisiones de óxi-dos de nitrógeno [19].

• Retardo del punto de inyec-ción del motor. Esta solución, aun-que efectiva, supondría la modifi-cación del motor, que reduciría lasventajas del biodiesel.

• Utilización de un catalizadorde oxidación, que reduciría lasemisiones oxidando la fracciónsoluble del combustible. De estaforma, se reducirían, además delas emisiones de óxidos de nitró-geno, las emisiones de hidrocar-buros, partículas y monóxido decarbono.

• Utilización de aditivos.

fuente de energía renovable y ade-más, su balance energético es posi-tivo, es decir, la energía total conte-nida en el combustible es mayorque la que se invierte a lo largo desu proceso de fabricación (produc-ción agrícola y transformación enbiodiesel). Si además se considerala energía contenida en el principalsubproducto, la glicerina, el balan-ce energético es aún más favorable.

Respecto a las emisiones conta-minantes a la atmósfera, la utiliza-ción de biodiesel en la combustiónde motores diesel y calderas ofreceventajas medioambientales encomparación con el gasóleo con-vencional. Las emisiones contami-nantes que se reducen en la com-bustión de motores diesel respectoal gasóleo de automoción son:

• Reducción total de las emisio-nes de óxidos de azufre, ya que losaceites y grasas, por su propio ori-gen, no contienen azufre. Esto con-lleva a una reducción del fenóme-no de la lluvia ácida, del que losóxidos de azufre son los principa-les causantes.

• Reducción de un 50 % de lasemisiones de monóxido de carbo-no.

• Reducción de un 65 % de lasemisiones de partículas.

• Reducción de un 50 % de lasemisiones de hidrocarburos.

Sin embargo, las emisiones deóxidos de nitrógeno aumentan li-geramente respecto al gasóleo, queestá originado por la disminuciónde las temperaturas del escape delmotor, que a su vez conlleva una

Combustibles

marzo 01

143

Propiedad Unidad Especificaciones Método

PROPIEDADES COMO COMBUSTIBLE

Densidad a 15°C g/cm3 0,86-0,90 ISO 3675

Viscosidad cinemática 40°C mm2/s 3,5-5,0 ISO 3104

Punto de inflamación ºC mín.100 ISO 2719

Punto de obstrucción del filtro frío (POFF)ºC verano máx. 0

ºC invierno máx. <-15DIN EN 116

Azufre % p/p máx. 0,01 ISO 8754/DIN EN 41

Residuo carbonoso Conradson (10 % residuo destilación) % p/p máx. 0,30 ASTM D-1160/ISO 3405

Índice de cetano - mín. 49 ISO 5165/DIN 51773

Contenido en cenizas % p/p máx. 0,01 EN 26245

Contenido en agua mg/kg máx. 500 ISO 6296/ASTM D 1744

Partículas sólidas g/m3 máx. 20 DIN 51419

Corrosión al cobre (3h/50°C) - máx. 1 ISO 2160

Estabilidad a la oxidación g/m3 máx. 25 ASTM D 2274

PROPIEDADES COMO ÉSTER

Índice de acidez mg KOH/g máx. 0,5 ISO 660

Contenido en metanol % p/p máx. 0,3 DIN 51413.1

Contenido en monoglicéridos % p/p máx. 0,8 GLC

Contenido en diglicéridos % p/p - GLC

Contenido en triglicéridos % p/p - GLC

Glicerina ligada % p/p máx. 0,2 CALCULO

Glicerina libre % p/p máx. 0,03 GLC

Glicerina total % p/p máx. 0,25 CALCULO

Índice de yodo - máx. 115 DIN 53241/IP84/81

Fósforo mg/kg máx. 10 DGF C-VI 4

Tabla IV. Borrador de las especificaciones del biodiesel en la UE

neral son: transporte público y ta-xis de las grandes ciudades, minas,zonas de agua potable, así como la-gos, canales y zonas marítimas [9].

El principal problema de la pro-ducción de biodiesel a partir deaceites vegetales es su mayor costede producción en comparación conel correspondiente al gasóleo mi-neral. Sin embargo, la contribucióndel coste producción del gasóleo asu precio es sólo del 15 %, siendoel 85 % restante los impuestos quegravan al gasóleo (IVA e ImpuestoEspecial). Esto significa que elprecio del gasóleo (con impuestos)y el precio del biodiesel proceden-te de aceites vegetales (sin impues-tos) son aproximadamente iguales.En este sentido, para posibilitar suentrada en el mercado energéticoserá necesario reducir y anular losimpuestos y favorecer los incenti-vos fiscales. Ahora bien, la legisla-ción comunitaria actual permiteeximir a los biocarburantes en pro-yectos piloto y, más a largo plazo,podrían beneficiarse de una exen-ción o reducción de sus impuestosgeneralizada. Además, se deben te-ner en cuenta los beneficios proce-dentes de la venta de los productossecundarios.

No obstante, el 78 % del costede producción se debe al aceite ve-getal que se utiliza como materiaprima, por lo que dependiendo delaceite utilizado este porcentajepuede variar, siendo el caso másfavorable la utilización de aceitesvegetales usados, que consigue re-ducir el coste de la materia primaen un 90%. El 10 % restante inclu-ye costes de recogida y acondicio-namiento de los aceites usados pa-ra su utilización en el proceso.

Los sectores socioeconómicosque se beneficiarían del desarrollode los biocombustibles son:

9. Sectoressocioeconómicosbeneficiados

8. Aspectoseconómicos

Por otra parte, cuando el biodie-sel se utiliza como combustible decalefacción también se reducenconsiderablemente las emisionescontaminantes:

• Reducción prácticamente totalde las emisiones de partículas.

• Reducción de un 75 % de lasemisiones de monóxido de car-bono.

• Reducción de un 40 % de lasemisiones de óxidos de nitrógeno.

• No se producen emisiones decompuestos aromáticos ni de óxi-dos de azufre.

En cuanto a las emisiones dedióxido de carbono, la utilizaciónde biocarburantes no aumenta elnivel de las mismas en la atmósfe-ra, ya que las emisiones de dióxidode carbono, generadas durante lacombustión del biocarburante enmotores o calderas, se reabsorben,a través de la fotosíntesis, en lasplantas necesarias para su produc-ción (Fig. 11). En el caso de loscombustibles fósiles, el carbonoque se libera en la atmósfera es elque se ha fijado a la tierra durantemiles de años.

Por último, el biodiesel es bio-degradable (98,3 % en 21 días) yno tóxico. De esta forma se evita,además de la contaminación de lastierras, la contaminación de las

aguas subterráneas, que cada díason más escasas, manteniendo supotabilidad actual. Por otro lado, lafalta de toxicidad y la alta biode-gradabilidad del biodiesel son atri-butos importantes en las zonasacuosas, lagos, estanques, canalesy zonas marítimas, ya que en casode accidente de vehículos o máqui-nas, los efectos del biodiesel sobrelos seres vivos acuosos son muchomenores que los que causaría elcombustible Diesel.

Por otro lado, el mercado estádominado en un 98% por el gasó-leo fósil, por lo que la sustituciónde este combustible bien estableci-do por un combustible alternativoes difícil. Además, el biodiesel po-dría alcanzar tan sólo el 8 % delmercado del gasóleo. En esta di-rección, el biodiesel debe cubrir laparte del mercado donde sus venta-jas, sobre todo medioambientales,produzcan un mayor beneficio ysean reconocidas y valoradas porlos consumidores. Por tanto, las re-gulaciones medioambientales (li-mitaciones de las emisiones conta-minantes), las leyes de la toxicidadcero de la vida acuática y las regu-laciones de mínima biodegradabi-lidad, juegan un papel importanteen la identificación de estos secto-res del mercado. Los sectores don-de el biodiesel presentaría ventajasconsiderables frente al gasóleo mi-

INGENIERIA QUIMICA

144

Figura 11. Ciclo de CO2del biodiesel

[11] IDAE. Biodiesel: una alternativa para eltransporte. Ed. IDAE (Miner).

[12] Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimenta-ción. Anuario de Estadística Agroalimentaria. Ed.Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación,Madrid, (1999).

[13] IDAE. Area de biocarburantes del Plan deFomento de Energías Renovables en España. Ed.IDAE (Madrid),1999. p150-158.

[14] Encinar, J.M., González, J.F., Sabio, E., Ra-miro, M. Preparation and Properties of biodieselfrom Cynara cardunculus L. Oil, Ind. Eng. Chem.Res. 38, 2927-31.(1999).

[15] Mittelbach, M. The high flexibility of samallsacale biodiesel plantas in production of methylesters. Proocedings: 2nd European Motor BiofuelsForum, Graz, Austria, 1996. Ed. Joanneum Rese-arch, Graz, Austria, (1996).

[16] European Comision, 1996. Employment inEurope-1996. Office for Official Publications ofthe European Communities. ISBN 92-827-8765-6.

[17] RICE. Potencial for Biodiesel Production ba-sed on Waste Cooking Oil, Proceedings: Euro-pean Motor Biofuels Forum, Bruselas, 1999, Ed.Europoint (1999).

[18] Fröhlich, A., Rice, B., Vicente, G. The con-version of Waste Tallow into Biodiesel GradeMethyl Ester. Proceedings of the 1st World Con-ference and Exhibition on Biomass for Energyand Industry, Sevilla, 2000 (En publicación).

[19] Krawezyk, T., 1996. Biodiesel. Alternativefuel makes inroads but hurdles remain, INFORM7(8):802-29.

• Agrícola: Siembra y recogidadel grano.

• Industrias aceiteras: Produc-ción de aceite.

• Ganadero e industrias de pro-ducción de grasas animales: Pro-ducción de grasa animal.

• Hostelero: Salida a la produc-ción de residuos compuestos poraceites y grasas usadas.

• Industria química: Transesteri-ficación.

• Compañías petroleras: Mezclacon gasóleo y distribución del bio-diesel.

• Cooperativas agrícolas: Usode biodiesel en tractores y maqui-naria agrícola.

• Administraciones locales y au-tonómicas: Flotas de autobuses, ta-xis, calefacciones etc.

[1] Dirección General de Energía (Comisión Eu-ropea), 1998. Energy in Europe. 1998 AnnualEnergy Review, Ed. Dirección General de Ener-gía, Diciembre,(1999) 34-46.

[2] Comisión Europea, 1997. Energía para el Fu-

10. Bibliografía

turo: Fuentes de Energía Renovables (Libro Blan-co para una Estrategia y un Plan de Acción Co-munitarios), Documento COM(1997) 599 final(26/11/1997).

[3] Dirección General de Energía (Comisión Eu-ropea), 1990. Energy in Europe, a view to the fu-ture. Ed. Dirección General de Energía (1990).

[4] Comisión Europea, 1999. Preparación de laAplicación del Protocolo de Kioto (Comunicaciónde la Comisión al Consejo y al Parlamento), Do-cumento COM (1999) 230 (19/5/1999).

[5] Mittelbach, M. Five Key Success Factors forthe Modern Multi-Feedstock-Biodiesel Produc-tion Plant. Proocedings of the 1st World Conferen-ce and Exhibition on Biomass for Energy and In-dustry, Sevilla, 2000 (En publicación).

[6] Claude, S., Heming, M., Hill, K., 2000. Co-mercialisation of Glycerol. CTVO-NET FinalConference Proocedings (Chemical-TechnicalUtilisation of Vegetable Oils), Bonn, Germany,2000:129-146.

[7] Vicente, G., Martínez, M. y Aracil, J. EsteresMetílicos de Girasol: Alternativa al combustibleDiesel Mineral, INGENIERÍA QUÍMICA,355(3):153-159. (1999).

[8] Vicente, G., Martínez, M. y Aracil, J. Esteres Me-tílicos como Combustibles. Materias Primas y Pro-piedades, Tecno-Ambiente, 85 (10), 9-12.( 1998).

[9] Körbitz, W. World-wide Trends in Productionand Marketing of Biodiesel, Altaner Seminar:New Markets for Biodiesel Production in ModernCommon Rail Diesel Engines, Unversity forTechnology, Graz, Austria, (2000).

[10] Bockisch, M., Fats and Oils Handbook. Ed.AOCS Press, Champaign, Illinois (U.S.A),(1998).

Combustibles

marzo 01

145