EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES CATALÍTICAS DE DIVERSOS MATERIALES EN LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Evaluation of the catalytic properties of various materials in the production of biodiesel
https://doi.org/10.5281/zenodo.7262003

AUTORES: 

Hebert Molero *
Karla Moyano
Daniel Arias Toro
DIRECCIÓN PARA CORRESPONDENCIA: moleroh.molero@gmail.com
Fecha de recepción: 15/ 01 / 2022
Fecha de aceptación: 12 / 03 / 2022

* Investigador independiente. Calle Murgeon. Quito. Pichincha. Ecuador https://orcid.org/0000-0002-3837-1080 moleroh.molero@gmail.com
Ladrón de Guevara E11-253 y Andalucía. Quito. Pichincha. Ecuador https://orcid.org/0000-0002-0981-5869 karla.moyano@epn.edu.ec
Universidad Técnica de Babahoyo-Los Ríos-Ecuador https://orcid.org/0000-0002-8167-2196 dariast70@gmail.com

RESUMEN
El biodiesel es una alternativa para sustituir el diésel mineral al poseer una huella ambiental más pequeña y contribuye directamente con la conservación del ambiente. La catálisis heterogénea es una alternativa tecnológica viable para producir biodiesel a partir de aceite vegetal. En este trabajo se utilizó el CaO como catalizador másico, y tres catalizadores soportados en alúmina con 3 % de potasio por el método de impregnación por humedad incipiente: KNO3/Al2O3, KI/Al2O3 y KF/Al2O3. Se realizaron pruebas catalíticas, manteniendo fijas: temperatura, presión, cantidad de catalizador y relación molar metanol:aceite, y variando tiempo de reacción y tipo de catalizador, siguiendo un diseño experimental factorial 42. Se caracterizó el aceite vegetal empleado y el producto final, rigiéndose a las normas de calidad ecuatorianas. Los productos se analizaron mediante cromatografía de gases para determinar el contenido de ésteres metílicos, encontrando que, pasado el punto de máxima concentración de estos, se forman compuestos de mayor peso molecular, posiblemente resultado de reacciones secundarias. Entre los catalizadores estudiados, el CaO alcanzó el 99,29 % de ésteres metílicos a las 4 h de reacción y un rendimiento de 62,16%, mostrando la mayor actividad catalítica en la reacción de transesterificación, el orden de actividad fue: CaO > KNO3/Al2O3 > KI/Al2 O3 > KF/Al2O3. La calidad del biodiesel obtenido por el uso de CaO en su punto de máxima actividad presenta valores óptimos de densidad, viscosidad cinemática y punto de inflamación según la norma, obteniendo un producto de calidad adecuado para la comercialización.
Palabras clave: Biodiesel, Catálisis heterogénea, FAME, Transesterificación.

ABSTRAC
Biodiesel is an alternative to replace mineral diesel as it has a smaller environmental footprint and contributes directly to environmental conservation. Heterogeneous catalysis is a viable technological alternative to produce biodiesel from vegetable oil. In this work, CaO was used as mass catalyst, and three catalysts supported on alumina with 3% potassium by the incipient wetness impregnation method: KNO3/Al2O3, KI/Al2O3 and KF/Al2O3. Catalytic tests were carried out, keeping fixed: temperature, pressure, amount of catalyst and methanol:oil molar ratio, and varying reaction time and type of catalyst, following a 42 factorial experimental design. The vegetable oil used and the final product were characterized. Adhering to Ecuadorian quality standards. The products were analyzed by gas chromatography to determine the content of methyl esters, finding that, after the point of maximum concentration of these, higher molecular weight compounds are formed, possibly the result of secondary reactions. Among the catalysts studied, CaO reached 99.29% of methyl esters at 4 h of reaction and a yield of 62.16%, showing the highest catalytic activity in the transesterification reaction, the order of activity was: CaO > KNO3/Al2O3 > KI/Al2O3 > KF/Al2O3. The quality of the biodiesel obtained by the use of CaO at its maximum activity point presents optimal values of density, kinematic viscosity and flash point according to the standard, obtaining a quality product suitable for marketing.
Keyword: Biodiesel, Heterogeneous Catalysis, FAME, Transesterification

INTRODUCCIÓN
El biodiesel es un biocombustible sintético líquido, que se obtiene de la reacción de aceites vegetales o grasas animales con un alcohol en la presencia de un catalizador, es un mono alquil éster de cadena larga de ácido graso (Veillette, Giroir-Fendler, Faucheux, & Heitz, 2017). El metanol es el  alcohol más usado para obtener metil éster de ácidos grasos (FAMEs) con glicerol como sub producto (Esonye, Dominic, & Uwaoma, 2018). El biodiesel ha ganado popularidad al ser considerados sostenible, rentable, renovable y amigable con el ambiente (Nguyen, et al., 2021). Ha recibido gran atención internacional por sus propiedades técnicas y ambientales: Es compatible con los motores diésel que actualmente se emplean en el mercado, es eficiente como combustible, reduce la emisión de gases invernaderos porque al ser usado en los motores se produce menos CO2, NO2 y SO2 (Llanes, Rocha-Hoyos, Salazar, & Atray, 2017).

¿Por qué producir biodiesel?
La situación energética mundial es compleja especialmente en estos momentos donde la guerra entre Rusia y Ucrania ha creado una inestabilidad energética importante, al punto que no es posible predecir o estimar que los precios de los combustibles fósiles a corto, mediano y largo plazo (Wagner, 2022). Por otro lado, y particularmente en Europa la tendencia hacia el uso de los biocombustibles está recibiendo una importante atención y apoyo por parte de los gobiernos para ser usados como medios para reducir el impacto ambiental, afianzándose como parte de una transición limpia en el marco de un paradigma de movilidad basado en la combustión interna. Según Ganesan, et. al. (Ganesan, et al., 2021) el aumento de la demanda por combustibles fósiles no renovables es una de las posibles causas de los problemas de abastecimiento. Por su parte (Nisar, et al., 2021) señalan que los biocombustibles son una alternativa a los combustibles fósiles que cada día son más costosos, escasos y dejan una huella ambiental muy grande, presentando a los biocombustibles como una alternativa limpia y sostenible. Debido al alza mundial del precio del petróleo y la inestabilidad del mismo, desde los 69 USD durante la pandemia de COVID-19 hasta 120 USD por la guerra en Ucrania, le ha dado un respiro al negocio petrolero, fortaleciendo el desarrollo de nuevas tecnologías en exploración y producción impulsando un constante aumento de las reservas de petróleo a nivel mundial, figura 1.

Figura 1. Evolución de las reservas probadas (pueden ser extraídas en un futuro bajo las condiciones económicas y operativas actuales) de petróleo en el mundo 1980-2020. Es importante que el efecto de consumo de petróleo está incluido en esta figura. Fuente: Statistical Review of World Energy – BP (2022) https://ourworldindata.org/grapher/oil- proved-reserves?tab=chart&time=earliest..2020&country=~OWID_WRL

Aunque se observa una desaceleración en la tasa de incremento de las reservas mundiales de petróleo en los últimos años que puede ser atribuido al incremento en el uso de energías renovables, que cada vez se hacen más eficientes y confiables.

Materia prima para la producción de biodiesel
Actualmente se utilizan los aceites vegetales, grasas animales o aceite de microalgas para producir biodiesel o FAMEs. El aceite vegetal es considerado como una fuente comercial sostenible en comparación a los destilados de petróleo (Yahya, Muhamad Wahab, & Harun, 2020).
Con la introducción del motor de combustión interna a diésel desarrollado por Rudolf Diesel alimentado con aceite vegetal en 1893 (Ganesan, et al., 2021) se abrió el camino a fuentes alternativas de energía. El principal constituyente del aceite vegetal son los triglicéridos, entre 90 y 98%, pequeñas cantidades de mono-, di-glicéridos y también poseen fosfolípidos ácidos grasos libres (FFAs), agua, odorizantes y otras impurezas (Niju, et al., 2020). Entre las ventajas que se puede resaltar al usar el aceite vegetal como materia prima para la producción de biodiesel son: el bajo contenido de azufre, es renovable, bajo contenido de aromáticos, portabilidad y biodegradable. Por otro lado, entre las desventajas de usar aceite vegetal como materia prima para la obtención de biodiesel se pueden señalar: mayor viscosidad que el diésel mineral obtenido de la destilación del petróleo, baja volatilidad y baja reactividad de las cadenas de hidrocarburos insaturados (Sahu, 2021).
El uso de aceite vegetal obtenido de oleaginosas comestible, tales como aceite de algodón, aceite de soya, aceite de coco, aceite de corsa, aceite de soya entre otros ha creado problemas adicionales que van desde el aumento del precio de estos (Renzaho, Kamara, & Toole,, 2017) y por la alta demanda para producir biodiesel en ocasiones ocurren disrupciones en el suministro de los mismos (Cao, et al., 2021). Adicionalmente se ha generado un debate o discusión “moral” sobre si es aceptable el uso de alimentos para producir energía (Searchinger, Edwards, Mulligan, & Heim, 2015). Una solución a éstos inconvenientes es aumentar el uso de aceites vegetales que no sean de primera generación, ni comestibles, sino promover el uso de fuentes de aceite vegetal de segunda, tercera, cuarta generación y aceite vegetal usado o aceite de cocina (AVU) (Manaf, et al., 2019). Por ejemplo, la Jatropha o Piñón (Woo, Joshi, Park, & Jeon, 2021), aceite de Mahua (Nisar, et al., 2021), Karanja oil (P. pinata) (Bojaraj, Sai Bharadwaj, Khadhar Mohamed, & Narayanan, 2021), Aceite de semilla de Caucho (Sai, Niju, Begum, & Anantharaman, 2019), aceite vegetal usado o de cocina, aceite de Higuerilla o de castor (Naveenkumar & Baskar, 2021) y aceite de Neem (Noreen, et al., 2021), en la figura 2 se muestra un resumen grafico de las diferentes materias primas utilizadas para producir biodiesel (Rezania, et al., 2019). El principal inconveniente del uso de estas fuentes de materia prima es la disponibilidad de los mismos (Onukwuli, Ezeugo, Ude, & Nwosu-Obieogu, 2020).

Figura 2. Diferentes materias primas empleadas en la producción de biodiesel. Fuente: (Rezania, et al., 2019)

Desde el punto de vista técnico la viscosidad del biodiesel obtenido a partir de aceites vegetales es mayor que el diésel mineral y los sistemas de inyección de los motores diésel modernos son sensibles a cambios de viscosidad (Yusuff, Bhonsle, Bangwal, & Atray, 2021). Una solución a este inconveniente es mezclar el biodiesel con diésel mineral, de esta manera es posible modificar la viscosidad para satisfacer los requerimientos de los sistemas de inyección modernos y aumentar la volatilidad del biodiesel sin modificar la estructura molecular de los mismos (Bastos, et al., 2020).

Situación del aceite de palma en Ecuador
En Ecuador el aceite vegetal de mayor producción es el aceite de palma, convirtiéndose en el primer candidato a ser materia prima para la producción masiva de biodiesel. El aumento de la producción de aceite de palma ha sido continuo por casi 20 años desde 1999, ver figura 3. Durante todos estos años de aumento continuo de la producción de aceite de palma el consumo interno del mismo ha ido creciendo también, ver figura 3, aunque en menor medida permitiendo el aumento de la exportación del excedente.

Figura 3. Evolución del consumo nacional y excedentes de aceite de palma – TM.

Fuente: https://propalmaec.com/anuario-2020/.

En los últimos 3 años esta tendencia se ha visto interrumpida por la plaga de pudrición de cogollo que ha perjudicado a los productores de la palma en Ecuador, esto se puede observar claramente en la Figura 4, donde la producción del año 2021 es de alrededor de un 46% menos que el año 2018, donde se produjo la mayor cantidad de aceite de palma con 358.700 toneladas métricas.

Figura 4. Producción acumulada por año de aceite de palma en MM T

Por otro lado, la cultura del reciclaje o reúso del AVU es baja, terminando principalmente en los cuerpos de agua del país, esta situación se ha ido revirtiendo lentamente al aparecer diferentes gestores ambientales que recolectan este aceite usado para ser reutilizado con diferentes fines, uno es la alimentación de chanchos -esta práctica no es buena porque los subproductos del uso del aceite vegetal para cocinar son toxinas que se forman por efectos del calor al cocinar, que de alguna manera terminan en los consumidores de la carne de estos chanchos- otro uso más perjudicial es hacerle una “limpieza” al AVU para mejorarle las propiedades organolépticas -sin modificar su molecularidad mantenido intactas las toxinas dañinas- otro uso es exportarlo para producir biodiesel, especialmente a Europa, es por esta razón que es necesario que se desarrolle en Ecuador la infraestructura necesaria y/o que exista la voluntad política necesaria para la producción del biodiesel, aun cuando Ecuador ha participado internacionalmente en acuerdos para la producción de biodiesel los cuales no ha cumplido, existe un decreto presidencial (Ecuador, 2012) que ordena el uso de biodiesel en diferentes proporciones en el diésel consumido en el país, delegando al INEN la normativa con respecto a la calidad y a PETROECUADOR como la empresa comercializadora del mismo, esto tampoco ha sido cumplido, este tema es ampliado y discutido en otro artículo (Molero & Arias, 2022).

¿Qué es biodiesel, cómo se produce y el rol de la catálisis heterogénea en su producción?
Hay una variedad relativamente amplia de métodos para producir biodiesel a partir de aceite vegetal (Jalalmanesh, Kazemeini, Rahmani, & Zehtab Salmasi, 2021), entre los métodos de producción podemos resaltar: microemulsión que consiste en mezclar al aceite vegetal con un líquido no miscible en presencia de un surfactante que provoca la formación de microemulsiones con un diámetro entre 1 a 150 μm; el método pirolítico que consiste en calentar a altas temperaturas el aceite en ausencia de oxígeno; el método enzimático que como su nombre lo indica consiste en usar enzimas para descomponer los triglicéridos presentes en el aceite vegetal para obtener FAMEs, y por último la transesterificación que usa un alcohol pequeño para craquear los triglicéridos para obtener esteres de ácidos grasos y glicerina como sub producto.
La transesterificación consiste en tres reacciones sucesivas del triglicérido con un alcohol para producir un diglicérido y un éster, reacción 1, el diglicérido reacciona nuevamente para producir un monoglicérido y una molécula de éster, reacción 2, finalizando el proceso con otra reacción para obtener una molécula de glicerina y otro éster, reacción 3 (Betiku, et al., 2016), al final se obtienen tres esteres y una molécula de glicerina. Las siguientes reacciones describen el proceso de transesterificación de triglicéridos.

Triglicerido (TG) + R’OH ↔ Diglicerido (DG) + R’COOR1             (1)

Diglicerido (DG) + R’OH ↔ Monoglicerido (MG) + R’COOR2       (2)

Monoglicerido (MG) + R’OH ↔ Glicerol (GL) + R’COOR2            (3)

El proceso es exotérmico y la calidad del producto mejora al remover eficientemente la glicerina formada como subproducto (Veillette, Giroir-Fendler, Faucheux, & Heitz, 2017). Existen parámetros de calidad que deben ser satisfechos por el producto final según la norma NTE INEN 2482 (INEN S. E., 2209) para que pueda ser empleado por los motores de combustión interna que usan diésel. Estas normas fueron aplicadas al producto obtenido en el presente trabajo y serán discutidas en detalle posteriormente.

Catálisis para producir metil éster de ácidos grasos (FAMEs)
Para que la reacción de transesterificación ocurra favorablemente en términos de velocidad y conversión es necesario el uso de un catalizador. El catalizador reduce la energía de activación de las reacciones para acelerar la velocidad de reacción del proceso químico y al final teóricamente quedar disponible para continuar con su trabajo contribuyendo para que la reacción sea viable comercialmente (Khatibi, Khorasheh, & Larimi, 2021). La composición del catalizador, la actividad, la desactivación, la selectividad y la capacidad de regeneración son factores que se emplean en el diseño y desarrollo de catalizadores (Mares, et al., 2021). Para la transesterificación de TG para obtener FAMEs se pueden emplear catalizadores homogéneos y catalizadores heterogéneos (Li, et al., 2021).
La catálisis homogénea recibe este nombre porque el catalizador tiene la misma fase que los reactantes, en el caso de lemover el agua que se produce durante la reacción que tiende a producir jabones. Esto incluye pasos adicionales como el lavadoa transesterificación la fase de la reacción es líquida, Este proceso tiene varias desventajas entre las cuales podemos señalar la separación de los productos y reactantes que es compleja, así como r con agua y purificación que hace el proceso más costoso (Mansir, Teo, Mijan, & Taufiq- Yap, 2021).
En el caso del proceso catalítico heterogéneo, el catalizador y los reactantes poseen diferentes fases, este proceso es más sencillo que la catálisis homogénea ya que evita los pasos de proceso señalados en el párrafo anterior (Onukwuli, Ezeugo, Ude, & Nwosu- Obieogu, 2020).

METODOLOGÍA
El aceite vegetal utilizado fue el aceite de palma producido por la empresa DANEC bajo el nombre comercial de Danolin. En la tabla 1 se observan algunas especificaciones del aceite empleado.

Tabla 1. Especificación del aceite de palma empleado

Fuente: Información suministrada por DANEC.

A nivel molecular el aceite de palma de la marca Danolín está compuesto por triglicéridos formados por ácidos grasos como: ácido oleico, ácido linoleico, ácido laúrico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido linolénico, y ácido esteárico, con diferentes porcentajes, en la tabla 2 se reporta el contenido promedio de ácidos grasos que presenta el aceite empleado y el peso molecular de cada uno.

Tabla 2. Contenido de ácidos graos del aceite de palma empleado

Fuente: Información autoría de los autores.

Como alcohol se empleó metanol al 99,8%.
Los sólidos utilizados como catalizadores, deben presentar una basicidad lo suficientemente fuerte y sitios básicos suficientes para mostrar actividad en la transesterificación de triglicéridos para producir FAMEs, se utilizan regularmente los óxidos de metales alcalinos, mezcla de óxidos y metales alcalinos soportados (Veillette, Giroir-Fendler, Faucheux, & Heitz, 2017).
Uno de los sólidos empleados como catalizador másico, fue el óxido de calcio (CaO) obtenido comercialmente.
Los otros catalizadores se prepararon, empleando tres sales precursoras de K: Nitrato de potasio (KNO3), Fluoruro de potasio (KF) y Yoduro de potasio (KI), que fueron soportadas sobre α-alúmina (Da Costa, Duarte, Di Souza, & Souza, 2016).
El método para la preparación de los catalizadores fue el método de humedad incipiente, el cual consiste en determinar el volumen de poro del soporte, para esto se coloca 1 g de alúmina y gota a gota se le agrega agua destilada, mezclando con una espátula hasta que se “licua” la alúmina formando una pasta, que se comporta como líquido y solido dependiendo de la manipulación a la que se someta, en este punto se mide el volumen de agua destilada usada hasta este momento, este es el volumen de poro por gramo de soporte, este volumen se usa para preparar una solución con la cantidad deseada de metal contenido en la sal, en nuestro caso se empleó 3% p/p de K para todos los catalizadores. Posteriormente la mezcla se seca toda la noche a unos 60°C para finalizar calcinando la mezcla seca a una temperatura unos 10°C por encima de la temperatura de descomposición de las sales por unas 5 horas para asegurar completa descomposición de la sal.
Se usó el método del picnómetro, descrito en la norma INEN NTE 035 (INEN, Grasas y aceites comestibles. Determinacion de la densidad relativa., 1973) para determinar la densidad relativa 25/25°C del aceite fresco. Se determinó la humedad del aceite fresco cumpliendo con el procedimiento descrito en la norma NTE INEN 39 (Normalizacion, Grasas y Aceites Comestibles. Determinacion de la Perdida por Calentameinto, 1973), este es decisivo al momento de seleccionar la materia prima para la producción de biodiesel mediante la transesterificación, ya que el agua presente en el aceite durante la reacción produce jabón disminuyendo apreciablemente el rendimiento a FAMEs, además de aumentar la complejidad del proceso durante la separación de los productos por la presencia de jabón al final de la reacción.
El índice de acidez se determinó mediante la norma NTE INEN 38 (Normalizacion, Grasas y Aceites Comestibles. Determinacion de la Acidez, 1973), es necesario tener valores por debajo del 2% para ser usado como materia prima sin más acondicionamiento (Ganesan, et al., 2021), la acidez es una medida de la cantidad de ácidos grasos libres (AGL) que hay presentes en el aceite, si hay una acidez muy alta los AGL reaccionan con el catalizador básico en la catálisis homogénea y con los sitios básicos o sitios activos en la catálisis heterogénea disminuyendo la conversión a FAMEs.
Los parámetros empleados en la reacción fueron: Temperatura 65 °C, una relación molar metanol:aceite de 6:1 para asegurar un equilibrio de la reacción hacia los productos, una cantidad de catalizador 3 % en peso y a presión atmosférica, valores reportados como óptimos para la reacción de transesterificación mediante la catálisis heterogénea. Los parámetros variables empleados para desarrollar el diseño experimental fueron el tiempo de reacción y los sólidos empleados como catalizadores determinándose el rendimiento de la reacción.
En la tabla 3 se puede apreciar el diseño experimental del tipo factorial 42 que se aplicó.

Tabla 3. Diseño experimental del tipo factorial 42 que se aplicó en este trabajo

Fuente: Información autoría de los autores.

Las reacciones se realizaron de la siguiente manera: Se calienta el aceite a 40 °C en un reactor de 3 bocas, separadamente se agregan 22,598 g de metanol (cantidad necesaria para satisfacer la condición metanol:aceite de 6:1), 3 g de catalizador; es decir, 3 % en peso con respecto a la cantidad de aceite empleado, esta mezcla se calienta a 40 °C, se mezcla todo en el balón de tres bocas y se incrementó la temperatura a 65 °C y se dejó reaccionar durante el tiempo establecido para cada ensayo.
Finalizada la reacción el producto se colocó en un embudo de separación durante 2 horas o hasta que se separen 2 fases, la glicerina junto al catalizador queda en el fondo del embudo y en la parte superior se tienen los FAMEs.
Posteriormente se lava el biodiesel con agua destilada a 35 °C. Se repite el proceso de lavado hasta que el agua esté trasparente. El producto final se seca a 103 °C durante 3 horas en la estufa.
La cuantificación de los FAMEs obtenidos se realizó mediante cromatografía de gases, la densidad se determinó siguiendo las indicaciones de la norma ASTM D 1298 (ASTM, ASTM D 1298, 2017), la viscosidad mediante la norma ASTM D 445 (ASTM, ASTM D445, 2021) y el flash point o punto de inflamación usando la norma ASTM D 93 o la NTE INEN 1 493:2005 que se fundamenta en la señalada inicialmente (INEN, NTE INEN

1493:2005, 2005), los resultados se compararon con los rangos establecidos en la Norma NTE INEN 2482 y garantizar su calidad del biodiesel obtenido.
La prueba de catálisis homogénea se realizó a 55 °C de temperatura, presión atmosférica, tiempo de reacción 1 h, 0,5% de NaOH como catalizador y relación metanol:aceite, 6: 1.

DISCUSIÓN Y RESULTADOS
Caracterización del aceite de palma
La densidad relativa medida del aceite vegetal fresco fue de 0,9133, este valor está dentro de las especificaciones para ser usada para producir biodiesel, la pérdida de masa por calentamiento a 103 °C es 0,040 %, un valor menor a 0,05%, por lo tanto cumple con la norma de calidad. La acidez se encuentra por debajo del límite establecido en la norma NTE INEN 38, con un valor de 0,068 %, es decir, el contenido de ácidos grasos libres es bajo y está bajo el límite máximo de 0,2% indicado en la norma respectiva para aceite vegetal comestible. Además de ser menor a 2% que se ha establecido como límite máximo para ser usado como materia prima para producir biodiesel evitando la formación de jabones durante la transesterificación (Ganesan, et al., 2021) evitando un proceso previo de acondicionamiento.
Estos resultados indican que el aceite usado en este trabajo satisface los requerimientos mínimos de calidad para ser usado como materia prima para producir FAMEs vía transesterificación.

Determinación de las masas de metanol y catalizador en la reacción
Se utilizaron 100 g de aceite como base para realizar los cálculos, a partir de lo cual se determinaron las cantidades requeridas de metanol y de catalizador que satisficieron las condiciones de reacción dadas en la metodología.
La cantidad de metanol usado en cada ensayo se calculó mediante la Ecuación 1; la cantidad de metanol utilizada es el doble de la necesaria estequiométricamente para completar la reacción, de esta manera se asegura el equilibrio hacia los productos siguiendo el principio de Lechetelier, por lo que, se multiplica por 2:
                                       (1)
Donde,
: Masa de metanol, g. : Masa de aceite, g.
: Coeficiente estequiométrico del metanol en la reacción de transesterificación. : Peso molecular del metanol, g/mol.
: Peso molecular del aceite, g/mol.
: Coeficiente estequiométrico del aceite en la ecuación de transesterificación.

El peso molecular del aceite se obtuvo con la Ecuación 2, tomando en cuenta que es una mezcla de triglicéridos formados por ácidos grasos en diferentes porcentajes, tal como se indica en la tabla 2. Se obtiene un promedio del peso molecular de los ácidos grasos, que es la sumatoria de las contribuciones de cada ácido graso, resultado de la multiplicación de cada peso molecular por su respectivo porcentaje; a este nuevo peso se resta un hidrógeno, que será reemplazado por un carbono; y a este resultado se multiplica por 3, debido a que cada triglicérido está formado por 3 ácidos grasos; finalmente se suman 41 g/mol, correspondientes al peso de los carbonos que se enlazan y unen a los ácidos grasos.
(2)
donde,
: Peso molecular del aceite de palma, g/mol.
: Peso molecular promedio de los ácidos grasos contenidos en el aceite, g/mol.

Los resultados obtenidos muestran que los ácidos grasos presentes en mayor cantidad son el oleico y el palmítico, tal como se puede observar en la tabla 4.

Tabla 4. Contribuciones de los ácidos grasos al peso molecular

Fuente: Información autoría de los autores

Estimación del rendimiento de la reacción
El rendimiento de metil-ésteres se obtuvo utilizando la Ecuación 3, que relaciona la masa real de metil-ésteres contenida en el producto de cada experimento, con la cantidad que debió obtenerse estequiométricamente.
                               (3)
La cantidad real del producto obtenido se midió al final del proceso, los cromatogramas reportan la presencia de otros compuestos que no corresponden a metil-ésteres; por lo tanto, a la cantidad de líquido obtenido se multiplicó por la fracción correspondiente a los FAMEs, obteniendo un nuevo valor para la masa del producto final, que contempla sólo metil ésteres, este valor se usó para calcular el rendimiento.
La tabla 5 muestra los parámetros de reacción y los resultados obtenidos para las reacciones según el diseño experimental propuesto para el catalizador másico CaO. Se realizaron tablas análogas a esta para cada sólido probado y por motivos de espacio no se muestran.

Tabla 5. Rendimiento para el CaO a diferentes tiempos de reacción

Fuente: Información autoría de los autores

En la figura 5 se muestra la concentración de metil esteres obtenidos en la fracción de productos correspondientes. La máxima pureza en términos de FAMEs fue de 99,29 % para la prueba con CaO y para tiempos de reacción de 2 y 4 horas, luego de alcanzado este máximo la concentración de FAMEs disminuye conforme la reacción avanza hasta un valor cercano al 80 % a 8 horas de reacción, esto es una indicación que los metir esters siguen reaccionando hacia moléculas diferentes disminuyendo la calidad del biodiesel obtenido.

Figura 5. Porcentaje de metil-ésteres contenidos en el producto final

De la misma figura 5, se observa que el catalizador KF/Al2O3 alcanza el máximo de concentración de FAME (88 %) a las 6 h de reacción, 79 %, esto es una indicación que los sitios activos de este solido necesitan un tiempo inicial de activación hasta lograr su máxima actividad. Luego de estas 6 horas parte de los FAMEs obtenidos sufren alteraciones adicionales tal como en el caso del catalizador CaO.
Para los catalizadores KNO3/Al2O3 y KI/Al2O3 se obtuvieron concentraciones de FAMEs por debajo del 80 %, inferior a los obtenidos con los otros catalizadores, aunque no es despreciable. Es posible señalar que entre los sólidos probados estos dos últimos son los menos indicados para ser utilizados como catalizadores en la producción de biodiesel.
Es posible aseverar que el CaO es el sólido más activo, este comportamiento puede ser debido a una mayor cantidad de sitos básicos activos de este sólido, además de su durabilidad, se han reportado rendimientos de hasta 93,6 % usando la ceniza de la fibra de trigo (Gouran, Aghel, & Nasirmanesh, 2021). Por otro lado el catalizador menos activo es el preparado con yoduro de potasio como precursor, mientras los demás catalizadores tienen valores de FAMEs que están entre los obtenidos para el CaO y el  KI/Al2O3.

Figura 6. Rendimiento a FAMEs de los diferentes catalizadores en función del tiempo de reacción.