Tecnología
Análisis de Biodiesel: de la materia prima al combustible.
PorNov 22, 2008, 08:39
Como un fabricante de instrumentos, yo recibo llamadas regularmente de productores de biodiesel que están iniciando operaciones que me preguntan que es lo que necesitan en sus plantas para sus análisis. Cuando yo les pregunto “Que es lo que Usted necesita medir?”, a menudo contestan “Usted dígame”. El otro deseo que ellos tienen es hacer todos los análisis necesarios con un solo tipo de instrumento. Los parámetros para medir la calidad del biodiesel requieren de diferentes tipos de instrumentos y sistemas de medición (tales como cromatográfos de gas (GC), tituladores, centrífugas, y espectrómetros de infrarrojo (IR). Aunque demandas hay, de que un solo analizador haga todo lo necesario, no hay un instrumento o tipo de instrumento, que pueda realizar todas las mediciones para asegurar la calidad del producto.
En el fondo de todo esto es, que un mal producto, puede causar problemas en un motor diesel tal como obstrucción de filtros, carbonización en el inyector y depósitos en el inyector. Estos problemas han causado que los fabricantes de motores sean prevenidos de extender garantías para altas proporciones de biodiesel. Con la esperanza de eliminar producto debajo de estándares que da a la industria un mal prestigio, el Consejo Nacional de Biodiesel (NBB, por sus siglas en inglés), que tiene su base en Jefferson City, Missouri, USA, ha desarrollado el “Programa de Acreditación Nacional de Biodiesel” para la acreditación de productores y comercializadores del biodiesel como combustible.
El programa, llamado BQ-9000, puede ser visto en el enlace: www.BQ-9000.org. El sitio hace notar, “El programa es una combinación única de los estándares de la ASTM para biodiesel, ASTM D 6751, y un programa de sistemas de calidad que incluye almacenamiento, muestreo, pruebas, mezclado, embarque, distribución y prácticas gerenciales para el combustible…Para recibir acreditación, las Empresas deben de pasar una rigorosa revisión e inspección de sus procesos de control de calidad por un auditor independiente. Esto asegura que el control de calidad esté totalmente implementado.”
La calidad del producto se inicia en las facilidades de producción y se extiende hasta la combustión final en el motor. Algunos de estos análisis son para control de proceso o verificación de la calidad y se pueden realizar con pruebas de verificación rápidas y simples y algunas otras requieren una prueba más completa de acuerdo a la ASTM (American Society for Testing Materials) sitio web: (www.astm.org) o CEN sitio web: (www.cenorm.be).y los métodos aprobados.
Aunque el productor y el distribuidor puede ser la misma empresa, típicamente no es así. Por lo tanto, se han separado los análisis en dos grupos, aquellos de la unidad de producción y los de la red de distribución la cual incluye el mezclado, almacenamiento y manejo. Lo siguiente es solamente un sumario ya que los reglamentos son determinados por cada estado de los Estados Unidos. Información sobre las regulaciones por estado pueden encontrarse en el sitio web de la red: www.biodiesel.org .
LAS FACILIDADES DE PRODUCCIÓN
Existen tres áreas donde los análisis son útiles o necesarios en la producción de biodiesel; las pruebas a la materia prima que se recibe, el monitoreo de la reacción química en el proceso, y la verificación de la calidad del producto terminado.
Materia prima
El biodiesel se fabrica típicamente de grasas animales o aceites vegetales que son químicamente reaccionados con un alcohol (metanol o etanol) y un catalizador (hidróxido de sodio o potasio) para producir un éster, o sea el biodiesel. Al proceso se le conoce como transesterificación. Saber la cantidad de ácidos grasos libres (AGL) y agua en la materia prima ayuda al productor a ajustar la cantidad de alcohol y catalizador para una reacción completa. Los AGL en el aceite reaccionan con el catalizador alcalino para formar jabones y pueden causar una reducción del rendimiento. El agua desactiva el catalizador.
Las mediciones de AGL y agua son responsabilidad del productor y no necesitan usarse métodos aprobados. La prueba aprobada para la medición de los AGL es usar el número de ácido para determinar el nivel de AGL e involucra una titulación potenciométrica no acuosa ácido-base. La humedad se mide típicamente por una titulación Karl Fisher. Ambos de estos análisis pueden también hacerse con espectroscopia infrarrojo. El agua puede extraerse del biodiesel con acetonitrilo y medirse en la región de 6 μm (micrones). El medir los AGL involucra la adición de una base débil para formar una sal cuya banda de absorción de carbonilo se cambia lejos de la del éster del biodiesel. Aún con la preparación de la muestra, cualquiera de estas mediciones toma menos de 5 minutos y no requiere de un técnico con mucha destreza.
Monitoreo de la reacción química del proceso
Una reacción completa para convertir todo el aceite vegetal o la grasa animal en un éster metílico de ácidos grasos (FAME, por sus siglas en inglés, “fatty acid methyl ester”) es la clave para la calidad del producto. La reacción de transesterificación se determina que se ha completado cuando la suma de glicerina libre y combinada es inferior a 0.240% de la masa de acuerdo al método estándar de la ASTM D 6751. Correr un análisis de GC toma alrededor de 45 minutos, lo cual incrementa el tiempo de espera y reduce la producción. Ya que la glicerina libre se elimina en la etapa de lavado, la espectrocospía IR puede ser usada para cuantificar la glicerina combinada. Un análisis de IR puede tomar menos de 2 minutos para una determinación de pasa/no pasa. El tiempo que se ahorra puede aumentar la producción del reactor tanto como 20%. La IR no reemplazará la GC para el análisis final aunque puede ser una útil herramienta de producción para la medición de glicerina combinada durante el proceso.
Análisis de la calidad del producto terminado
Todo el biodiesel debe de cumplir la Especificación Estándar ASTM D 6751 para el biodiesel combustible – producto para mezclar (B100) para Combustibles Destilados Intermedios antes de mezclar con el combustible normal diesel. Una lista de las propiedades, métodos de prueba y límites puede encontrarse en el sitio web de la ASTM. Para la Unión Europea, la Norma Europea EN 14214 es la especificación para los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) para motores diesel. En este punto un análisis completo por métodos aprobados es necesario para verificar la calidad del producto.
CENTRO DE DISTRIBUCIÓN
La calidad del producto en el lugar del comprador
Un comprador debe de insistir en un Certificado de Análisis Completo que garantice que el combustible cumple los requerimientos de la regla ASTM D 6751 o realizar sus compras de biodiesel de un productor con certificación BQ-9000. En la Tabla 1 se encuentran los principales intereses para el comportamiento de los motores y el método de prueba oficial asociado. Para su propia tranquilidad los compradores pueden desear verificar los parámetros más importantes para el comportamiento del motor. La última columna lista las opciones de prueba potenciales, algunas de las cuales son diferentes del método de la ASTM y pueden ser más rápidos o de mayor simplicidad.
Almacenamiento
La mayor preocupación para el almacenamiento es el agua, los sedimentos, el desarrollo bacterial y la contaminación con combustible viejo. El agua y los sedimentos pueden ser sometidos a prueba con una centrífuga mientras que el crecimiento bacteriano requiere de un procedimiento de filtro de membrana.
Relación de mezcla biodiesel/diesel
Conocer la mezcla biodiesel/diesel es importante para los distribuidores, los fabricantes de motores, operadores de la flota de transporte, y las agencias reguladoras. Muchas de las garantías de los motores no son válidas arriba de un porcentaje especificado de biodiesel, y los operadores del transporte necesitan conocer la mezcla para asegurar el cumplimiento de los términos de la garantía. El Crédito al Impuesto de la “Mezcla” Volumétrica al nivel de la entidad que lo mezcle, hace que haya interés en el Servicio de Recaudación Interna (IRSInternal Revenue Service) acerca del nivel de porcentaje de cada uno de los componentes en la mezcla. Muchas otras agencias reguladoras de Pesas y Medidas (de E.U.) también requieren conocer la relación de mezclado.
En la región media del infrarrojo, (MIR) el éster del biodiesel tiene una absorción característica debido a la banda de carbonilo (5.8 μm) de longitud de onda y por lo tanto es una rápida y exacta forma para medir la relación de mezcla. Analizadores basados en filtros de bajo costo que seleccionan la longitud de onda de 5.8 μm permiten que se realicen análisis fáciles y portátiles, ideales para medidas en el sitio mismo que se requiera. En la Norma EN 14078 y en el método ASTM actualmente en progreso, se especifica en ambos métodos la MIR para la relación de mezcla del biodiesel.
CONCLUSIÓN
Ningún método puede satisfacer todos los criterios de medición para asegurar que el biodiesel cumpla los estándares requeridos. Métodos más simples pueden usarse para monitorear la producción, asegurar la calidad del producto del lado del comprador y determinar la mezcla de biodiesel. Métodos que consumen más tiempo tales como la GC y la titulación se usan para cumplir los requerimientos estándar de la ASTM, mientras que métodos espectrocópicos tales el ultravioleta, el cercano infrarrojo y el MIR tienden a ser usados para análisis rápidos.
Los métodos basados en propiedades físicas tales como centrífugas y chequeos visuales también representan una posibilidad para verificaciones rápidas. El determinar si su análisis tiene requerimientos regulatorios o de tiempo, costo y trabajo le ayudará a decidir que equipo necesita Usted para sus análisis específicos.
Sandy Rintoul* – Wilks Enterprise, Inc., South Norwalk, Conneticut, USA