Desacidificación de aceites mediante adsorción en una columna de lecho fijo sobre carbón activado obtenido a partir de cáscaras de cultivos energéticos.

Abstract

El biodiésel es un combustible alternativo al diésel tradicional, definido químicamente como una mezcla de ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales. Sin embargo, los aceites vegetales comestibles provocan no solo que los costos de producción se eleven sino, y más importante, es que la producción de aceites vegetales para este fin compite con la industria alimentaria, por lo que el biodiésel no podría competir con los precios de los combustibles tradicionales. Actualmente, para reducir estos costes de producción, se prefieren aquellas materias primas de bajo coste como son los aceites residuales de fritura o los aceites de cultivos energéticos. El inconveniente de estas materias primas es que presentan un alto contenido en ácidos grasos libres (FFA) que dificultan la reacción de transesterificación produciendo jabón y agua al reaccionar con los catalizadores básicos usados convencionalmente, lo que reduce el rendimiento de la reacción. Por tanto, previo a la reacción de transesterificación, se requiere de la reacción de esterificación para eliminar o reducir los FFA presentes en el aceite, pero esta reacción emplea catalizadores ácidos (H2SO4, HCl), los cuales son corrosivos y perjudiciales para el medioambiente. Entre los distintos métodos de reducción o eliminación de FFA, se encuentra la adsorción, ya que se trata de una metodología sencilla, en la que no es necesario el uso ni de altas temperaturas ni de sustancias corrosivas. Este trabajo propone la adsorción de FFA utilizando el carbón vegetal sintetizado a partir de las cáscaras del cultivo energético de Pongamia Pinnata como adsorbente (confinado en una columna de lecho fijo), como alternativa a la reacción de esterificación. En este trabajo se utilizó la metodología superficie respuesta (MSR) por tratarse de una rama importante del diseño experimental en el desarrollo de nuevos procesos, en la optimización de su rendimiento y en la mejora del diseño y formulación de nuevos productos. Concretamente, se utilizó la MSR basada en un diseño Box-Behnken (BBD) de tres niveles y tres factores, para evaluar el efecto de los factores: temperatura, masa de adsorbente e índice de acidez inicial del aceite y su interacción sobre la respuesta del sistema en cuanto a la reducción de FFA y la capacidad de adsorción.

Biodiesel is an alternative fuel to traditional diesel, chemically defined as a mixture of monoalkyl esters of long-chain fatty acids derived from vegetable oils or animal fats. However, edible vegetable oils cause, not only that production costs are rising, also that the production of vegetable oils for this purpose competes with the food industry, so biodiesel could not compete with traditional fuel prices. Nowadays, in order to reduce these production costs, low-cost feedstocks such as waste frying oils or oils from energy crops are preferred. The disadvantage of these raw materials is that they have a high content of free fatty acids (FFA) that make the transesterification reaction are difficult, producing soap and water when reacting with conventionally used basic catalysts, which reduces the yield of the reaction. Therefore, previously to the transesterification reaction, the esterification reaction is required to eliminate or reduce the FFA present in the oil, but this reaction uses acid catalysts (H2SO4, HCl), which are corrosive and harmful to the environment. Among the different methods of reduction or elimination of FFA, adsorption can be found, as it is a simple methodology, which does not require the use of high temperatures or corrosive substances. This work proposes the adsorption of FFA using charcoal synthesised from the shells of the Pongamia Pinnata energy crop as adsorbent (confined in a fixed bed column), as an alternative to the esterification reaction. In this work, the response surface methodology (RSM) was used as it is an important part of the experimental design in the development of new processes, in the optimisation of performance, and in the improvement of the design and formulation of new products. Specifically, RSM based on a Box-Behnken design (BBD) with three levels and three factors was used, to evaluate the effect of the factors: temperature, adsorbent mass and initial oil acidity index and their interaction on the system response, FFA reduction and adsorption capacity.