Produccion Biodiesel Microalgas

7/30/2019 Produccion Biodiesel Microalgas

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE VALPARAISO

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA BIOQUMICA

Introduccin a Ingeniera BioqumicaPRODUCCIN DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS

Camila BarrazaVanessa Collao

Camila EspinozaFrancisco Moya

Gabriel ThunMauro Torres

Junio 2009


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ndice

1. Introduccin2. Biodiesel

2.1. Caractersticas del Biodiesel2.2. Tabla 1: Comparacin Biodiesel- Petro Diesel en Motor Diesel2.3. Ventajas y Desventajas del Biodiesel

2.3.1. Ventajas del Biodiesel2.3.2. Desventajas del Biodiesel

3. Microalgas como Combustible3.1.Cultivo de Microalgas

3.2. Especies de microalgas que producen aceite3.3. Tabla 2: Contenido de Aceite de algunas microalgas3.4. Tabla 3: Rendimiento de algas utilizadas por algunas refinerias.3.5. Mtodos de Cultivos

3.5.1. Estanques de microalgas3.5.1.1.Cultivo en estanques al aire libre3.5.1.2.Cultivo de tanques en invernadero

3.5.2. Los fotobiorreactores3.5.2.1.Cultivo en fotobioreactores3.5.2.2.Tipos de fotobiorreactores

3.6. Tabla 4: Metodos de cultivo de microalgas *3.7. Tabla 5: Tipos de estanques de Microalga **

3.8.Crecimiento de la Microalga4. Produccin de Biodiesel a partir de Microalgas

4.1. Materia Primas4.1.1. Agua4.1.2. Nutrientes4.1.3. Tabla 6: composicin del medio GUILLARDS4.1.4. Dixido de Carbono4.1.5. Tabla 7: Produccin de 1 Kg de Pulpa Seca

5. Produccin de Biodiesel5.1. Figura 1: diagrama de flujo de Produccin de biodiesel a partir de microalgas5.2. Primera fase: Produccin del Aceite

5.2.1. Filtrador5.2.2. Secado5.2.3. Centrifugacin:

5.3.Segunda Fase: Purificacin del Aceite5.3.1. Prensado5.3.2. Mezclador y Filtrador5.3.3. Destilador5.3.4. Reciclo de Agua5.3.5. Pureza del Aceite


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5.4.Tercera Fase: Produccin del Biodiesel5.4.1. Primer Mezclado5.4.2. Primer Reactor

5.4.3. Figura 2: Esterificacion de un cido graso en ambiente cido5.4.4. Segundo Mezclador5.4.5. Segundo Reactor5.4.6. Figura 3: transesterificacin de cidos grasos en ambiente bsico5.4.7. Figura 4: transesterificacin de un acido graso5.4.8. Reacciones Secundarias5.4.9. Saponificacin5.4.10. Tabla 8: Rendimiento del catalizador5.4.11. Neutralizacin5.4.12. Figura 5: Saponificacin y neutralizacin de cidos grasos5.4.13. Neutralizador5.4.14. Destilador

5.4.15. Decantador5.5.Cuarta Fase: Purificacin del Biodiesel5.5.1. Lavado5.5.2. Secado

6. Refineras de Biodiesel a partir de Microalgas6.1. Algasol Renewabes SL6.2. Oil Fox S.A.

7. Proyectos de Sntesis de Biodiesel a partir de microalgas en Chile7.1.Proyecto Universidad de concepcin7.2.Proyecto Universidad Arturo Pratt7.3.Proyecto Universidad Antofagasta7.4.Proyecto Universidad de Tarapac

8. Conclusin9. Bibliografa


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Introduccin

Hoy en da no es novedad ver un deterioro ambiental debido a una explotacin desmedida

de los recursos naturales no renovables, sobre todo de aquellos en los cuales se basa la

civilizacin actual, como lo es el petrleo. El calentamiento global, la contaminacin de

suelos, agua, y aire son unos de los pocos, pero preocupantes problemas que afectan hoy en

da a nuestro medio ambiente, causado principalmente por la globalizacin y un

crecimiento tecnolgico desmedido, entre otros. El deterioro del medio ambiente, sumado a

las poco alentadoras perspectivas que presentan los combustibles fsiles y la creciente

conciencia ambiental, han llevado al desarrollo de diversos combustibles y fuentes de

energa denominadas renovables.

Por lo mismo se est comenzando a implementar una nueva fuente de energa capaz de

mantener o superar la efectividad de los hidrocarburos fsiles, pero enfocada en la

preservacin y mantencin de nuestra biosfera utilizando para esto recursos naturales no

contaminantes. Es as como comienza el estudio del Biodiesel, un combustible provenientede materias primas renovables como aceites vegetales y/o grasas animales. Si bien se puede

extraer este aceite de diversos recursos naturales, ste trabajo se enfocar netamente a los

que son las microalgas oleoginosas; primeros organismos acuticos unicelulares con

capacidad de fotosntesis, capaces de sobrevivir a altas concentraciones de dixido de

carbono y dixido de nitrgeno .

Se profundizar en el proceso de extraccin de este aceite para la posterior produccin de

biodiesel por medio de la transesterificacin, analizando sus ventajas y desventajas en

nuestro medio.


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2. Biodiesel

La idea de la produccin del biodiesel surgi durante la crisis del petroleo ante la incertidumbre de

lo que sucedera con los recursos no renovables en el futuro, y en especial al elevado costo delpetrleo.

2.1Caractersticas del Biodiesel

El biodiesel es un biocombustible sinttico que se presenta en estado lquido y se obtiene a partir derecursos renovables: aceites vegetales, grasas animales metanol. Qumicamente se describe como elster metlico de cadena larga de cidos grasos y se sintetiza por la transesterificacin yesterificacin del aceite.

El biodiesel tiene las mismas caractersticas que el combustible fsil, por ello se aplica en la

sustitucin total o parcial de este. Puede mezclarse con gasleo procedente del refino de petrleo endiferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas segn el porcentaje por volumen debiodiesel en la mezcla: B100 en caso de utilizar slo biodiesel, u otras notaciones como B5, B15,B30 o B50, donde la numeracin indica el porcentaje por volumen de biodiesel en la mezcla.

Este recurso tiene la ventaja que es menos inflamable y txico en comparacin con el Petro disel.Adems es biodegradable en su totalidad y no es peligroso para el medio ambiente, por lo que esseguro y fcil de transportar.( Ingeniero Rodolfo Jos Larrosa, 2001)

2.2Tabla 1: Comparacin Biodiesel- Petro Diesel en Motor DieselParmetro Unidades Diesel Biodiesel

Poder Calrico Kcal./L 8.74 7.795Densidad (15C) g/cm3 0.820-0.845 0.860-0.900Punto de Inflamacin C 55(mnimo) 101(mnimo)Azufre ppm 350(mximo) 10(mximo)Contaminacin Total ppm 24 (mx.) -

Agua ppm 200(mx.) 500(mx.)

Viscosidad Cinemtica cSt 2.0 4.5 3.5 5.0Disponible en : www.fiagro.org.sv/archivos/0/997.pdf

Podemos concluir:

- El poder calrico del biodiesel es menor que el combustible fsil, por lo tanto en proporcin1 Litro de Petro Diesel equivale a 1.1 (app) Litro de Biodiesel.

- La densidad y la viscosidad aumentan con respecto al diesel, por lo tanto influyen en eltransporte y almacenamiento del combustible. En el caso de la densidad, mientras mayor esla densidad aumenta la energa termica. Mientras que la viscosidad tiene que ser menor paraevitar fugas en el motor.

- El punto de inflamacin en el biodiesel es mucho mayor que el gasoil, por ello es menosexplosivo y mas seguro de transportar.

- La cantidad de Azufre es mucho mayo en el diesel, esto contribuye al desgaste del motor, ala aparicin de depsitos que afectan el funcionamiento del motor y el control de emisionesperjudiciales para el medio ambiente.


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2.3 Ventajas y Desventajas del Biodiesel

El biodiesel es un combustible ecolgico que presenta una serie de ventajas y de desventajas tantopara el medio ambiente como para el vehculo que lo utilice. Algunas de ellas con las que vienen acontinuacin.

2.3.1Ventajas del Biodiesel

La utilizacin del biodiesel puede ofrecer gran nmero de ventajas tanto al medio ambiente comoal vehculo que lo utiliza. Entre ellas se encuentra:

Es un combustible 100% ecolgico que no daa al medio ambiente ya que est compuestototalmente por productos vegetales.

No posee azufre, que es una de las partculas ms contaminantes del resto de los combustibles.

Aporta mejoras en los automviles como por ejemplo un mayor rendimiento del motor.

Posee un mayor punto de inflamacin que el gasoil con lo que en caso de accidente su combustines ms tarda.

Es un carburante biodegradable por los que es compatible con la naturaleza y en caso de accidenteno se produce ninguna contaminacin.

Es el nico combustible alternativo a la utilizacin de gasleo.

2.3.2Desventajas del Biodiesel

El biodiesel tambin presenta algunas desventajas en el vehculo que lo utiliza, entre las quedestacan:

A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse y producir obstrucciones en los conductos.

Es incompatible con algunos materiales ya que en estado puro puede llegar a daar por ejemplo elcaucho y algunas pinturas.

Su utilizacin produce la prdida de potencia del vehculo.

Produce un mayor consumo en los vehculos debido a que tiene menos poder calorfico y tardams tiempo en hacer combustin.


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.3. Microalgas como Combustible

Las microalgas podran convertirse muy pronto en la materia prima para biodiesel ms efectiva, porencima de la mayora de cultivos energticos tradicionales. De hecho, ya son muchas las personasque lo han corroborado, tanto cientficos e investigadores con muchos aos de indagacin en eltema, como empresarios que comienzan a disfrutar de su rentabilidad.

3.1Cultivo de Microalgas

Las microalgas crecen de manera espontnea en ambientes acuticos y hmedos. Sin embargopese a su abundancia en la naturaleza, para la produccin de biocombustibles en masa se lleva acabo su cultivo controlado en plantas en tierra firme. Diversas son las causas que llevan a ello:Por un lado se asegura la obtencin de la variedad de microalga adecuada en funcin de lautilidad que se quiera obtener de ella. Se estima que existen ms de 300 000 especies de algas,pero pocas de ellas poseen las caractersticas necesarias para hacer viable la produccin debiocombustibles con fines comerciales.Por otro lado el cultivo asegura la produccin del volumen de microalgas necesario controlandoaspectos como la extensin del cultivo y su rendimiento. Optimizando las necesidades vitales delas microalgas es posible obtener una reproduccin mucho ms rpida de lo que se obtendra enestado natural

3.2 Especies de microalgas que producen aceite

Se han catalogado las microalgas en diversas clases productoras del aceite:

Diatomeas (Bacillariophyceae): Dominan en el fitoplancton de los ocanos. Tambin puedenencontrarse en agua fuera de los ocanos. Existen alrededor de 100 mil especies conocidas.Contiene slice polimerizado en sus paredes celulares. Todas sus clulas almacenan carbn endiversas formas. Almacenan carbn en forma deaceites naturales como polmeros de carbohidratos.

Alga Verde (Chlorophyceae): Son tambin muy abundantes, particularmente enaguas continentales (lagos, ros, albercas). Pueden presentarse como unicelulares oen colonias. Almacenan principalmente almidn, pero tambin aceites pueden ser producidosbajo ciertas condiciones.

Alga Dorada (Chrysophyceae): Este grupo de algas es similar a las Diatomeas en su

composicin bioqumica y pigmentacin. Existen alrededor de mil especies conocidas, y seencuentran principalmente en sistemas de aguas continentales. Produce y almacena aceitesnaturales y carbohidratos.


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3.3Tabla 2: Contenido de Aceite de algunas microalgas

Microalga Contenido de aceite (%)Botryococcus braunii 2575

Chlorella sp . 2832

Crypthecodinium cohnii 20Cylindrotheca sp 16- 37Dunaliella primolecta 23Isochrysis sp 25- 33Monallanthus salina >20Nannochloris sp 2035Nannochloropsis sp 3168Neochloris oleoabundans 3554Nitzschia sp 4547Phaeodactylum tricornutum 2030

Schizochytrium sp. 5077

Tetraselmis sueica 1523

Fuente: Research: Biodiesel from microalgae, Yusuf Chisti. Institute of Technology and Engineering,Massey University, Private Bag 11 222, Palmerston North, New Zealand.

3.4Tabla 3: Rendimiento de algas utilizadas por algunas refinerias.

Fuente: Tcnicas de cultivo de microalgas para biocombustibles, FRANCISCO MARCOS MARTN, JOSL. ALMAZN GRATE Y CARMEN PALOMINOS MONZN. ETSIMONTES. ETSI CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID.


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3.5Mtodos de Cultivos

Entre las formas de producir microalgas encontramos:

3.5.1Estanques de microalgas

3.5.1.1Cultivo en estanques al aire libre- La forma ms simple de cultivo. Se trata bsicamente depiscinas descubiertas expuestas al sol. Al agua de estas piscinas se suministra nutrientes para que lasmicroalgas puedan reproducirse a un ritmo acelerado. Es el sistema menos eficiente aunque el mseconmico. Sin embargo, a nivel industrial no resulta rentable.

3.5.1.2Cultivo de tanques en invernadero- Los tanques de agua en los cuales se reproducen lasmicroalgas estn protegidos por invernaderos. Las ventajas de este sistema son un mejor control dela temperatura y una prdida muy reducida de agua. Estos factores favorecen una mayor

reproduccin de las algas y por lo tanto un mayor rendimiento. Existen empresas productoras queoptan por este sistema por considerarlo en un buen equilibrio entre la eficiencia de produccin y loscostes.

3.5.2Los fotobiorreactores

3.5.2.1Cultivo en fotobioreactores-. Los fotobioreactores son conductos transparentes aislados delexterior en los cuales se desarrollan las microalgas. Estos tubos se colocan al exterior para captarmayor cantidad de radiacin solar. En los fotobiorreactores las microalgas no slo reciben laradiacin natural, sino que aprovechan tambin la radiacin artificial. Esta es su gran ventaja frentea los estanques. Sin embargo, ello supone unas instalaciones y unos costes econmicos yenergticos adicionales que son muy importantes. Los fotobiorreactores pueden ir situados tambin

dentro de invernaderos de plstico o de cristal, para as disponer de una temperatura ambiente mselevada

3.5.2.2Tipos de fotobiorreactores

Tubos plsticos o de vidrio de forma triangular: Gases como C02 y O2 se hacen fluir desde laparte baja de la hipotenusa y algas con medio de cultivo se hacen fluir en el sentido opuesto.

Fotobiorreactores tubulares en forma horizontal : Son tubos de acrlico en el que se hacecircular en forma horizontal medio de cultivo mas algas para que estn no precipiten y todas recibanla misma cantidad de luz y nutrientes

Columna vertical de burbujas: Se genera circulacin del medio con algas en una columnavertical a travs del flujo de gases como dixido de carbono. Se ilumina a travs de tubos de luz a lolargo del tubo, cuyo objetivo es disminuir el costo del cultivo de algas a gran escala y hacerlo massimple.

Equipos de fermentacin: Algunas compaas obtuvieron aceite de algas sin crecimientofotosinttico, sino alimentando a las algas con azucares que luego estas fermentaban. Una de estascompaas ese llama Solazyme, una empresa de biotecnologa que esta desarrollando tcnicas paraproducir combustible para autos y aviones a partir de algas.


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3.6Tabla 4: Metodos de cultivo de microalgas *

3.7Tabla 5: Tipos de estanques de Microalga **

*-**Fuente: Tcnicas de cultivo de microalgas para biocombustibles, FRANCISCO MARCOS MARTN,JOS L. ALMAZN GRATE Y CARMEN PALOMINOS MONZN. ETSIMONTES. ETSI CAMINOS, CANALES Y PUERTOS. UNIVERSIDAD POLITCNICA DE MADRID.

La remocin de agua se realiza con dos finalidades:

Conseguir que el agua no se quede estancada, con los problemas que esto ocasionara de posiblesadherencias de las microalgas a las paredes de los estanques, lo que dificultara su recogida.

Aumentar el intercambio del agua con el oxgeno del aire.


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3.8Crecimiento de la Microalga

Las microalgas son organismos que viven en el agua (agua dulce o agua salada) o en ambientesterrestres de elevada humedad.

El papel de las algas en la naturaleza es de suma importancia ya que, gracias a la fotosntesis, soncapaces de transformar la materia inorgnica en materia orgnica utilizando para ello la energa delsol.

En el proceso de la fotosntesis, empleando la energa del sol, se combina el Co2 atmosfrico con elagua y como resultado se produce oxigeno que se libera a la atmsfera y azcares que el microalgaemplear para producir distintas sustancias como celulosa que conforma su estructura, aceites... etc.


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4.Produccin de Biodiesel a partir de Microalgas

4.1Materia Primas

Para la produccin de biodiesel con microalgas debemos contar con los siguientes productos:

4.1.1Agua

Para los cultivos de microalgas es necesario contar con grandes volmenes de agua, para elcrecimiento y produccin de aceite. Las fuentes de agua pueden ser: aguas salinas provenientes delmar, aguas dulces (ros, lagos u otros) o aguas residuales provenientes del sector agropecuario. Enel caso de aguas residuales, las cuales poseen nitrgeno y fsforo el aporte de nutrientes es menor.

Debido a que el agua no se contamina en el proceso de produccin de aceite, es reutilizable casi en

su totalidad. Por lo que no es un requisito estar en presencia de un flujo continuo de agua.

4.1.2Nutrientes

Para la produccin de biomasa de microalgas es necesario tener en cuenta el tipo de alga utilizado,debido que tienen diferente comportamiento a los tipos de nutrientes. Cuando se utiliza el mtodode cultivo de microalgas por medio de la masificacin, se prepara un medio donde las microalgasalcanzan su mximo rendimiento productivo.Uno de los medios de cultivo universalmente ms utilizados, es el F/2 de GUILLARDS, que hademostrado ser eficiente para el crecimiento de un gran nmero de microalgas, pero que demanda lautilizacin de una gran cantidad de nutrientes (Torrentera, L. 1989).

4.1.3Tabla 6: composicin del medio GUILLARDS

Fuente: Cuarto Concurso Nacional de Investigacin y Desarrollo del Recurso Agua para Jvenes Estudiantes.


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4.1.4Dixido de Carbono

Los cultivos de micro-algas tienen la capacidad para utilizar altos volmenes de CO2 proveniente

de procesos industriales y de generacin de energa elctrica mediante cultivo de micro-algas.

Los estanques para cultivo de micro-algas pueden ser altamente eficientes en lautilizacin de CO2. Hasta 90% ms del CO2 inyectado en los estanques puede ser utilizadoeficientemente por las microalgas.

4.1..5Tabla 7: Produccin de 1 Kg de Pulpa Seca

PRODUCTOS CANTIDADDixido de Carbono 1.7 Kg.Agua 20-30 LNitrgeno 40 gFsforo 4 g

Observacin: El proceso se realiza a una temperatura entre 18 y 35 C


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5.Produccin de Biodiesel

5.1Figura 1: diagrama de flujo de Produccin de biodiesel a partir de microalgas

Mezclador

Metanol

R1 Mezclador

Catalizador(bsico)

R2 Neutralizador

c. mineral

Destilador

AlcoholMetlico (voltil)

Decantador

Biodiesel

Glicerina

Lavado

EstanqueFiltrador FotobioreactorSecadoCentrfugaPrensadoMezclador

Filtrador

Destilador

Aceite

Microalgas

Agua

C02 H20

NutrientesH20H20H20

Solvente HexanoCiclohexano

Ciclohexano

Purga

Secado

H20

Almacenaje

H20

R1: Esterificacin

R2: Transesterificacin

Catalizador(cido)

Mezclador

Metanol

R1 Mezclador

Catalizador(bsico)

R2 Neutralizador

c. mineral

Destilador

AlcoholMetlico (voltil)

Decantador

Biodiesel

Glicerina

Lavado

EstanqueFiltrador FotobioreactorSecadoCentrfugaPrensadoMezclador

Filtrador

Destilador

Aceite

Microalgas

Agua

C02 H20

NutrientesH20H20H20

Solvente HexanoCiclohexano

Ciclohexano

Purga

Secado

H20

Almacenaje

H20

R1: Esterificacin

R2: Transesterificacin

Catalizador(cido)

5.2Primera fase: Produccin del Aceite

5.2.1FiltradorEs necesario separar el cultivo en una fase lquida y en una fase slida que contiene losmicroorganismos (biomasa). El sistema debera comprender preferentemente medios para realizaresta separacin, que puede ser conseguida por varios procesos. La biomasa puede ser separada de laparte lquida por centrifugacin o con una unidad con filtro.

5.2.2SecadoSe pueden secar al sol, o en un pas ms fro, dentro de un invernadero o con un sistema de filtro detambor (en vaco) o horno de aire caliente.

Generalmente, la composicin de algas (materia seca) contiene alrededor de 46% de Carbn; 10%de Nitrgeno; 1% de Fosfatos.

5.2.3Centrifugacin:Esto implica hacer girar el material de crecimiento muy rpidamente, exagerando los efectos degravedad. Esto puede ser usado para llevar a cabo dos cosas. La primera es separar rpidamente lasclulas de algas del material de crecimiento. El material de crecimiento puede ser drenado, dejandoalgas con mucha densidad (concentracin aproximadamente del 20 %). La segunda combinacentrifugacin con microfiltracin, haciendo girar el material de crecimiento y algas contramicrofiltros o micro pantallas que permiten que el material de crecimiento pase a travs reteniendolas algas. Mientras ambas maneras son eficaces, el uso de centrifugadoras requiere cantidadesgrandes de electricidad, lo que puede aumentar los gastos de manera importante.


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5.3Segunda Fase: Purificacin del Aceite

5.3.1Prensado

Cuando las algas son secas retienen el aceite, que puede ser exprimido con una prensa de aceite.Muchas empresas de aceite vegetal utilizan una combinacin mecnica y solventes qumicos para laextraccin del aceite. El producto qumico ms utilizado es el solvente Hexano. Adems, el bencenoy el ter. Mientras procesos ms eficientes surgen, un proceso simple es usar una prensa paraextraer un porcentaje grande (el 70-75 %) del aceite de algas.

5.3.2Mezclador y Filtrador

La extraccin por medio del hexano puede usarse solo o combinado con el mtodo de exprimir.Despus de que el aceite haya sido extrado por el mtodo de exprimir, la pulpa restante puede ser

mezclada con ciclo-hexano para extraer el aceite restante.El aceite se disuelve en el ciclohexano, y la pulpa es eliminada de la solucin.

5.3.3Destilador

El aceite y el ciclohexano son separados por medio de la destilacin. Estas dos etapas (extraccinen fro y solvente hexano) juntos sern capaces de sacar ms del 95 % del aceite total presente enlas algas.

5.3.4Reciclo de Agua

Como es un sistema de flujo en continuo, no es necesario eliminar el agua, sino solo hacer un

reciclo al estanque, el cual no tendr un efecto negativo, ya que este flujo solo posee trazas demicroalgas y agua en mayor medida ( sin peligro de toxicidad). Posterior al reciclo se agrega CO2 ynutrientes necesario para la reutilizacin.

5.3.5Pureza del Aceite

La pureza del aceite, al final del proceso de destilacin, es relativa y depende de muchos factores.Entre los factores encontramos: tipo de alga cultivado, cantidad de nutrientes en el medio, radiacinde energa solar, entre otras.

5.4Tercera Fase: Produccin del Biodiesel

5.4.1Primer MezcladoEn el primer mezclador se utiliza los aceites de las microalgas, el cual esta constituido por cidosgrasos de cadena larga. El alcohol metlico (CH3OH) y un catalizador cido. Entre esoscatalizadores encontramos: cidos homogneos (H2SO4, HCl, H3PO4, RSO3), cidos heterogneos(Zeolitas, Resinas Sulfnicas, SO4/ZrO2 , WO3/ZrO2).


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5.4.2Primer Reactor

En el reactor 1 se produce la esterificacin del metanol con los cidos grasos, en presencia de un

catalizador cido.

5.4.3Figura 2: Esterificacion de un cido graso en ambiente cido

La esterificacin corresponde a la sntesis de esteres, esta se lleva a cabo por la reaccin de uncido carboxlico y un alcohol. Recordemos que todos los cidos grasos son cidos carboxlicos quejunto a la glicerina forman los triglicridos.

La sntesis de biodiesel puede llevarse a cabo solo con la transesterificacin, pero la esterificacinsuele ocuparse para ahorrar tiempo y aumentar el rendimiento final, ya que hace reaccionar loscidos grasos libres( que no estn formando triglicridos) y los transforma en ester metlico.

En la esterificacin utiliza catalizadores cidos, por lo que no es necesario recurrir a trabajar contemperaturas elevadas y tiempos de reaccin largos.

5.4.4Segundo Mezclador

Se agrega un catalizador de tipo bsico, en los cuales encontramos: bsicos heterogneos (MgO,CaO, Na/NaOH/Al2O3), bsicos homogneos (KOH, NaOH). Ademas se pueden usar catalizadoresenzimticos: lipasas intracelulares y extracelulares. Ambas son efectivas en reacciones detransesterificacin ya sea en medio acuoso. La cantidad de catalizador depende del tipo que seemplee. Para los catalizadores bsicos se registran valores desde 0.3 a 2 % en peso con respecto alaceite.

5.4.5Segundo Reactor

En este reactor se realiza la transesterificacin de los cidos grasos, que consiste en tres reaccionesreversibles y consecutivas. El triglicrido es convertido consecutivamente en diglicrido,monoglicrido y glicerina. En cada reaccin un mol de ster metlico es liberado. Esta reaccin sedesarrolla en una proporcin molar de alcohol a triglicrido de 3:1.


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5.4.6Figura 3: transesterificacin de cidos grasos en ambiente bsico

Bsicamente la transesterificacin es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi(grupo alquilounido a un tomo de oxgeno, es decir, RO) de un ster por otro alcohol.

5.4.7Figura 4: transesterificacin de un acido graso

La transesterificacin es la parte ms importante del proceso de produccin de biodiesel, por eso sedebe cuidar de todos las posibles variables de la reaccin que afecten su contenido final. Entre lasvariables estn: concentracin y tipo de catalizador, acidez, humedad, relacin molar de alcohol /aceite (relacin estequiomtrica 3:1), tiempo de reaccin y temperatura.

Las condiciones ideales de la operacin son: temperatura 60C, presin 0 psi, agitacin 200 rpm,tiempo de la reaccin 90 min.


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5.4.8Reacciones Secundarias

5.4.9Saponificacin

El proceso de transesterificacin, que transcurre con alcoholes y cidos grasos, puede verse afectadoen el momento en que haya una mnima parte de agua. Los catalizadores de la reaccin detransesterificacin son, normalmente, bsicos (NaOH, KOH), y van a reaccionar rpidamente conlos cidos grasos y con los alcoholes en presencia de agua para formar otra clase de sustancias:jabones. La saponificacin es un proceso de hidrlisis en medio bsico por el cual se transformaun ster (cido graso) en un alcohol y en la sal correspondiente del cido carboxlico.

5.4.10Tabla 8: Rendimiento del catalizadorCatalizador Rendimiento de la Reaccin (%) Saponificacin de Triglicridos (%)NaOH 85,2 % 5,65 %KOH 90,1 % 3,46 %H3ONa 98,64 % 0,04 %CH3OK 97,2 % 0,13 %

Condiciones de operacin:Temperatura: 65 CRelacin molar metanol/aceite 3:11% en peso de catalizador

Fuente: Comisin de biodiesel Universidad Complutense de Madrid, 8 de diciembre de 2007.

5.4.11Neutralizacin

Muchas veces la glicerina obtenida contiene restos del catalizador sin usar y jabones producidos porla saponificacin, los cuales son neutralizados con cido sulfrico, obteniendo as sulfato potsico ycidos grasos libres.

5.4.12Figura 5: Saponificacin y neutralizacin de cidos grasos

Saponificacin

Neutralizacin

Saponificacin

Neutralizacin


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5.4.13Neutralizador

El neutralizador cumple una funcin muy bsica y fundamental, es aqu donde la mezcla de la

transesterificacin se mezcla con un cido para que los catalizadores bsicos no reaccionen con loscidos grasos libres que queden, ya que produciran jabones indeseados en el producto final.

5.4.14Destilador

En el destilador se busca separar el alcohol metlico de la mezcla. El destilador consta de unrecipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfranlos vapores generados, llevndolos de nuevo al estado lquido y un recipiente donde se almacena ellquido concentrado. En la unidad de destilacin se despoja al producto de los voltiles, compuestosfundamentalmente por el alcohol metlico en exceso.

Los vapores de metanol se condensan y se envan al primer mezclador, del cual ser nuevamenteintroducido en el ciclo.

5.4.15Decantador

La decantacin consiste en la separacin de mezcla por medio de las densidades. El producto defondo del destilador, que contiene el metilester, la glicerina, y sales se enva al decantador, en elcual se separa el metilester del resto de los productos. Obteniendo por un lado mezcla de glicerina al90% y el resto sales e impurezas( jabones, catalizadores cidos) y por otro el biodiesel.

Condiciones de operacin: temperatura 25C, presion 0 psi, duracin 12 hrs min.

Para algunas refineras el proceso queda completado despus del decantador, ya que muchasempresas consideran que la purificacin del biodiesel es demasiado costosa para la produccin enmasa.

5.5Cuarta Fase: Purificacin del Biodiesel

El biodiesel est contituido principalmente, por mezcla de steres metlicos, pero tambin puedecontener resto de jabones, glicerina, glicridos (mono-, di- y tri), cidos grasos libres, catalizadores,sustancias insaponificables y agua. La presencia de estos componentes minoritarios en mayor omenor medida son los que determinan la calidad del biodiesel.

5.5.1Lavado

Una vez el diesel es separado de la glicerina debe ser lavado porque puede tener contenidos desales, metanol, jabones y grasas sin reaccionar. Para el lavado se utiliz una cantidad de aguacorrespondiente a la tercera parte del biodiesel obtenido, el agua total es la que se agrega en cuatrolavados.

Condiciones de operacin: temperatura 25C, presin 0 psi, tiempo de lavado depende de cadametilster.


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5.5.2Secado

El biodiesel es secado para eliminar el contenido de agua que queda del lavado, se deja secar hasta

que no se observe burbujeo, el tiempo varia segn el metilester.

Condiciones de operacin: temperatura 110C, presin 0 psi.

Luego del secado del biodiesel, este se encuentra en condiciones para su almacenamiento ydistribucin.

Los aspectos ms importantes a tener en cuenta en la produccin del biodiesel, para asegurar uncorrecto desempeo en el motor Diesel son: Reaccin de transesterificacin completa. Eliminacin de la glicerina.

Eliminacin del catalizador. Eliminacin del alcohol. Ausencia de cidos grasos libres en el producto final.


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6.Refineras de Biodiesel a partir de Microalgas

6.1Algasol Renewabes SL

Ubicacin: Parque cientfico ParcBit en las Islas Baleares (Espaa) Director Ejecutivo: Miguel Verhein, Johannes Vasehus Sorensen

Tecnologa: cultivos a bajo costo de microalgas en ambientes cerrados.

Fotobiorreactor: Se posiciona en el agua (puede ser un estanque en la tierra o en el mar).no necesita estructura de soporte, tiene un gran volumen y un sistema de aireacin interna.

Objetivo: Poseer la planta piloto del fotobiorreactor de microalgas ms grande y rentableoperando en Mallorca en 2010, el cual ocupa una hectrea y se encontrara junto a la centralde energa solar de ParcBit

Acuerdos de cooperacin: Algasol Renewables posee acuerdos de cooperacin con laUniversitat de les Illes Balears (UIB) para promover la cooperacin cientfica en eldesarrollo de tecnologas para la produccin de biocombustibles a travs de algas.

Caracteristicas: Algasol Renewables es una empresa proveedora de tecnologa necesariapara el proceso de la produccin del biodiesel a partir de las microalgas, en especial, enfocasus investigaciones en un fotobiorreactor en el cual se cultiva la biomasa de las algas.

6.2Oil Fox S.A.

Acuerdos de Cooperacin: Oil Fox S.A est asociado a laUniversidad de la Patagonia y a la empresas debiocombustibles de Chubut

Presidente: Jorge Kaloustan

Objetivo: Producir 30.000.000 litros de aceite de alga mensuales y con ello elaborar lamisma cantidad de litros de biodiesel, luego, explotar la pasta o residuo que queda de laextraccin del aceite.

Caractersticas: La planta de Oil fox, tiene su origen el ao 1997, consolidndose como laprimera marca de biodiesel en Argentina.Se considera una de las mas pequeas y eficientesdel mundo. Como materia prima utiliza slo el 0,1% de agua con respecto al volumen totalde biodiesel, considerando que lo habitual es usar el 20%, y para obtener 1K de biodiesel,utiliza, 2K de alga, 6K de CO2

Tecnologas: esta empresa ha experimentado con diversos mtodos del cultivo de algas,como el cultivo a cielo abierto, de bajo coste y baja produccin, los biorreactores, de mayorcosto e invernaderos con piscinas de agua con una profundidad de 50cm, de bajo costo ymejor produccin, quedndose con esta alternativa.


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7.Proyectos de Sntesis de Biodiesel a partir de microalgas en Chile

7.1MANEJO BIOTECNOLGICO DE MICROALGAS OLEAGINOSASNATIVAS PARA LA OBTENCIN DE BIODIESELAo:2007Director General: PATRICIA IVONNE GOMEZ VERGARADescripcin:Este proyecto pretende establecer las bases para el escalamiento industrial de la

produccin de biodiesel a partir de microalgas mediante la optimizacin de tcnicas y procesos atres niveles: biotecnologa aplicada a la seleccin y caracterizacin de cepas de microalgasoleaginosas nativas, ingeniera de cultivo e ingeniera qumica.

Considerando que Chile importa la mayor parte de su energa, con la consecuente dependencia de laoferta y precios internacionales de combustibles, la seguridad energtica constituye un tema de

prioridad nacional. De este modo, los resultados generados de la ejecucin de este proyectopermitirn avanzar en el desarrollo de una nueva y renovable fuente de energa, que aporte a ladiversificacin de la matriz energtica de nuestro pas.

El grupo que lidera esta propuesta lo componen investigadores del Centro de Biotecnologa y delDepartamento de Botnica de la Universidad de Concepcin, quienes junto a las empresas sociasdel proyecto (Pullman Bus y Panades y Cia. Ltda..), han enfrentado con entusiasmo este desafo. Deser adjudicado, este proyecto ser una contribucin concreta y original para afrontar la crecientedemanda energtica de Chile. Asimismo, este trabajo conjunto renueva el compromiso institucionalde la Universidad de Concepcin con el sector productivo, generando un efecto de sinergia y unaalianza estratgica, permitiendo la preparacin de tcnicos e investigadores calificados en estostemas, para los cuales no existe un desarrollo suficiente a nivel nacional.

7.2INVESTIGADORES DE CIENCIAS DEL MAR DESARROLLANPRIMER BIODIESEL DE LA ZONA NORTE

Ao: 2006

Investigadores: Claudio Brieba Rodrguez, Juan Pablo Daz Vega y Winston Palma Sez

Descripcin: El equipo de investigadores del Departamento Ciencias del Mar de la UniversidadArturo Prat desarrollaron en sus laboratorios la primera muestra de Biodiesel obtenido en base aaceites vegetales en el norte de Chile.

Los investigadores explicaron que, si bien en este primer ensayo se us una mezcla de aceitesnuevos de soya y maravilla para montar y probar la tcnica a microescala, tambin podran usarseaceites de cocina y reciclarlos.

Sin embargo, la idea del equipo es desarrollar una tcnica que utilice microalgas oleaginosas comofuente de aceites, lo cual provocara un fuerte impacto en la reduccin de los costos de produccindel biodiesel.


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7.3OPTIMIZACIN Y MEJORAMIENTO BIOTECNOLGICO DE LAS

CONDICIONES DE CULTIVO DE LA MICROALGA VERDE BOTRYOCOCCUS BRAUNII PARA LA OBTENCIN DE BIO-HIDROCARBUROS

Ao: 2009Director: Mariella Rivas

Descripcin:Mariella Rivas y su equipo de trabajo desarrollan el proyecto, que debera concluir en diciembre de

2010. A juicio de Rivas el uso de biodiesel, a partir de materia prima proveniente de cultivosmicroalgales, tiene varias ventajas, entre las que destaca la rapidez para duplicar su biomasa y eluso de reas mucho menores que los cultivos energticos tradicionales. Segn la investigadora, seespera que entre 3 y 4 aos en Chile ya sea posible la produccin de biocombustibles a base demicroalgas.

Las caractersticas de las especies en las que se encuentran trabajando consideran especies demicroalgas verdes unicelulares clorfitas. La importancia de estas microalgas es que algunas puedenllegar a producir ms del 85% de su peso seco en hidrocarburos (HC), cuya estructura qumica essimilar a la del aceite petrleo, razn por la cual pueden ser consideradas como una alternativafactible de energa renovable lquida y porttil para el futuro.El uso de biodiesel, a partir de materia prima proveniente de cultivos microalgales, tiene variasventajas, ya que estas especies pueden duplicar su biomasa en 1 a 5 das, dependiendo de la especie;usan reas mucho menores que los cultivos energticos tradicionales como la soya o el raps. Esto,sin competir con terrenos agrarios y de vital importancia, ya que estas microalgas no tienen usoalimentario para el ser humano. La obtencin de biodiesel a partir de microalgas puede ser realizada

en cualquier lugar, incluyendo regiones desrticas y usando una infraestructura bastante menor,adems este tipo de cultivo usa reas independientemente de la calidad del suelo que generalmenteson impropias para la agricultura, sin causar dao.

7.4PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCIN DE BIODIESEL A PARTIR DEACEITE VEGETAL.

Ao: 2008Descripcin: La Universidad de Tarapac de Arica y la Corporacin de Educacin La

Araucana estn trabajando en la obtencin de biocombustible a partir de algas marinas. El proyectose ha planteado dos grandes desafos de acuerdo a los tipos de algas marinas que existen, y que se

dividen en microalgas y microalgas, dependiendo de su tamao.Por una parte, se busca aplicar la tecnologa innovadora de Fluido Supercrtico para lograr laobtencin de aceites presentes dentro de las microalgas, los que sern utilizados en la elaboracinde biodiesel.Por otra, el otro objetivo es la elaboracin de etanol mediante la fermentacin de las macroalgas,proceso relativamente nuevo a nivel mundial y no desarrollado a nivel nacional.Las praderas de algas representan actualmente un recurso con un alto potencial de desarrollo y norequiere grandes inversiones, pues con un buen manejo de extraccin y el uso de la tecnologa queya est disponible para su cultivo se pueden obtener excelentes resultados.


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Conclusin

Una de los mayores problemas en la actualidad es el aumento de gases contaminantes en la

atmosfera, lo que nos lleva al ya conocido efecto invernadero. Hoy en da la humanidad, ya ms

consciente con el tema, ha comenzado a implementar nuevas medidas para disminuir las notorias

emisiones de los gases contaminantes, siendo una de estas alternativas ms reciente y eficaz, en

comparacin a otras tcnicas, el Biodiesel a partir de aceite de microalgas.

Dicho combustibles renovables puede ser empleado sin mayores modificaciones en motores de

ciclo diesel y posee innumerables ventajas frente al mismo. Las bajas emisiones de combustin

convierten al biodiesel en una alternativa atrayente para ciudades con problemas de contaminacin

severos, o ambientes frgiles (como Parques Nacionales). Es as como ya diversos pases a nivel

mundial comenzaron a utilizar esta nueva alternativa con resultados cada vez mejores, como es el

caso de Finlandia y Argentina.

Por otro lado las microalgas presentan una alternativa interesante como materia prima frente a las

plantas oleaginosas, ya que son capaces de crecer en suelos arcillosos o salinos (inadecuados para el

crecimiento de otros tipos de vegetales) y poseen un sin nmero de especies capaces de producir

este aceite de forma simple y natural. Su velocidad de crecimiento es tal que permiten obtener

cosechas repetitivas en intervalos muy cortos.

La utilizacin de microalgas entonces es la forma ms eficaz de generar este nuevo hidrocarburo

renovable, ya que las podemos encontrar en grandes cantidades en la naturaleza y de forma muy

rpida sintetiza este aceite que ser utilizado luego en el proceso de tranesterificacin para obtener

el Biodiesel. Si bien hoy en da la produccin de este combustible natural es utilizada mezclndose

con el diesel convencional, debido a que su produccin no es an masiva, se espera que en un futuro

no muy lejano esto cambie y el biodiesel sea utilizado al 100 por ciento.


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Bibliografa

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MICROALGAL TRIACYLGLYCEROLS AS FEEDSTOCKS FOR BIOFUELPRODUCTION: PERSPECTIVES AND ADVANCESQiang Hu1, Milton Sommerfeld1, Eric Jarvis2, Maria Ghirardi2, Matthew Posewitz3, MichaelSeibert2 and Al Darzins2,*1Department of Applied Biological Sciences, Arizona State University Polytechnic Campus, Mesa,AZ 85212, USA,2National Renewable Energy Laboratory, 1617 Cole Blvd., Golden, CO 80401, USA, and3Department of Chemistry and Geochemistry, Colorado School of Mines, Golden, CO 80401,USA. 2008

SECOND GENERATION BIOFUELS: HIGH-EFFICIENCY MICROALGAE

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DESCRIPCIN, MATERIAS PRIMAS Y SERVICIOS NECESARIOS.REFINACIN DE LA GLICERINA OBTENIDA COMO SUBPRODUCTO DE LAPRODUCCIN DEL BIODIESEL

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www.biodieselspain.com/.../biodiesel-a-partir-de-algas/

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Produccion Biodiesel Microalgas

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