Evaluación de las propiedades catalíticas de diversos materiales en la producción de biodiesel

Autores/as

  • Hebert Molero Investigador independiente
  • Karla Moyano Escuela Politécnica Nacional
  • Daniel Arias Universidad Técnica de Babahoyo

Palabras clave:

Biodiesel, Catálisis heterogénea, FAME, Transesterificación

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.

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Citas

Benjapornkulaphong, S., Ngamcharussrivichai, C., & Bunyakiat, K. (2009). Al2O3-supported alkali and alkali earth metal oxides for transesterification of palm kernel oil and coconut oil. Chem Eng J, 145, 468–75. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.008.04.036

ASTM. (2017). astm.org. Recuperado el 10 de 9 de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://node1.123dok.com/dt02pdf/123dok_es/002/949/2949879.pdf.pdf?X-Amz-Content-Sha256=UNSIGNED-PAYLOAD&X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=7PKKQ3DUV8RG19BL%2F20220912%2F%2Fs3%2Faws4_reque

ASTM. (20 de 12 de 2021). ASTM.org. Recuperado el 10 de 9 de 2022, de https://kupdf.net/queue/astm-d-445-06-viscosidad-cinematica_59fcba63e2b6f56c76a9d610_pdf?queue_id=-1&x=1663034047&z=MTkxLjk5LjE0MS4yMTY=

Bastos, R., da Luz Corrêa, A., da Luz, P., da Rocha Filho, G., Zamian, J., & da Conceição, L. (2020). Optimization of biodiesel production using sulfonated carbon-based catalyst from an amazon agro-industrial waste. Energy Convers. Manage, 205, 112457-112469. doi:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112457

Betiku, E., Odude, V., Ishola, N., Bamimore, A., Osunleke, A., & Okeleve, A. (2016). Predictive capability evaluation of RSM, ANFIS and ANN: a case of reduction of high free fatty acid of palm kernel oil via esterification process. Energy Convers. Manage, 124, 219–230. doi:10.1016/j.enconman.2016.07.030

Bojaraj, D., Sai Bharadwaj, A., Khadhar Mohamed, M., & Narayanan, A. (2021). Conversion of Karanja oil to biodiesel using modified heterogeneous base catalyst. Environ. Progr. Sustain. Energy, 40(5), 13668. doi:10.1002/ep.13668

Boz, N., Degirmenbasi, N., & Kalyon , D. (2009). Conversion of biomass to fuel: transesterification of vegetable oil to biodiesel using KF loaded nanoγ-Al catalyst. Appl Catal B, 89(3), 590–596. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2009.01.026.

Cao, M., Peng, L., Xie, Q., Xing, K., Lu, M., & Ji, J. (2021). Sulfonated Sargassum horneri carbon as solid acid catalyst to produce biodiesel via esterification. Bioresour. Technol., 324, 124614-124622. doi:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124614

da Costa Evangelista, J., Duarte Gondim, A., Di Souza, L., & Souza Araujo, A. (2016). Alumina-supported potassium compounds as heterogeneous catalysts for biodiesel production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 887-894. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.01.061

Da Costa, J. P., Duarte, A., Di Souza, L., & Souza, A. (2016). Alumina-supported potassium compounds as heterogeneous catalysts for biodiesel production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 887-894.

Ecuador, P. d. (17 de septiembre de 2012). Granthamnstitute. Recuperado el 9 de septiembre de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.lse.ac.uk/GranthamInstitute/wp-content/uploads/laws/1172.pdf

Esonye, C., Dominic, O., & Uwaoma, A. (2018). Industrial Crops & Products Characterization and oxidation modeling of oils from Prunus amygdalus , Dyacrodes edulis and Chrysophyllum albidium. Ind.CropsProd., 128, 298–307. doi:10.1016/j.indcrop.2018.11.029.

Ganesan, R., Manigandan , S., hanmugam , S., Chandramohan , V., Sindhu , R., Kim, S.-H., . . . Pugazhendhi , A. (2021). A detailed scrutinize on panorama of catalysts in biodiesel synthesis. Sci. Total Environ., 777, 145683-145699.

Gouran, A., Aghel, B., & Nasirmanesh, F. (2021). Biodiesel production from waste cooking oil using wheat bran ash as a sustainable biomass. Fuel, 295, 120542. doi:10.1016/j.fuel.2021.120542

INEN. (08 de 1973). Normalizacion Ecuador. Recuperado el 11 de 9 de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.normalizacion.gob.ec/buzon/normas/35.pdf

INEN. (20 de 4 de 2005). Servicio Ecuatoriano de Normalizacion INEN. Recuperado el 11 de 9 de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.normalizacion.gob.ec/buzon/normas/1493.pdf

INEN, S. E. (2209). archive.org. Recuperado el 9 de Septiembre de 2022, de https://archive.org/details/ec.nte.2482.2009/mode/2up?view=theater

Jalalmanesh, S., Kazemeini, M., Rahmani, M., & Zehtab Salmasi, M. (2021). Biodiesel Production from Sunflower Oil Using K2CO3 Impregnated Kaolin Novel Solid Base Catalyst. JAOCS, J. Am. Oil Chemists’ Soc., 98(6), 633–642. doi:10.1002/aocs.12486

Khatibi, M., Khorasheh, F., & Larimi, A. (2021). Biodiesel production via transesterification of canola oil in the presence of Na–K doped CaO derived from calcined eggshell. Renew. Energy, 165, 1626–1636. doi:10.1016/j.renene.2020.10.039

Li, D., Feng, W., Chen, C., Chen, S., Fan, G., Liao, S., . . . Wang, Z. (2021). Transester. ification of Litsea cubeba kernel oil to biodiesel over zinc supported on zirconia heterogeneous catalysts, 177, 13–22. doi:10.1016/j.renene.2021.05.129

Llanes, E., Rocha-Hoyos, J., Salazar, P., & Atray, N. (2017). Produccion e Impacto del Biodiesel: Una Revisin. INNOVA, 2(7), 59-76.

Manaf, I., Embong, N., Khazaai, S., Rahim, M., Yusoff, M., & Lee, K. (2019). A review for key challenges of the development of biodiesel industry. Energy Convers Manage, 185, 508–17.

Mansir, N., Teo, S., Mijan, N., & Taufiq-Yap, Y. (2021). Efficient reaction for biodiesel manufacturing using bi-functional oxide catalyst. Catal. Commun., 149, 106201-106209. doi:https://doi.org/10.1016/j.catcom.2020.106201

Mares, E., Gonçalves, M., da Luz, P., da Rocha Filho, G., Zamian, J., & da Conceição, L. (2021). Acai seed ash as a novel basic heterogeneous catalyst for biodiesel synthesis: Optimization of the biodiesel production process. Fuel, 299, 120887-120901. doi:https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.120887

Molero, H., & Arias, D. (2022). ¿Es posible la producción y comercialización exitosa del biodiesel en el Ecuador? MAGAZINE DE LAS CIENCIAS, 7(3).

Naveenkumar, R., & Baskar, G. (2021). Process optimization, green chemistry balance and technoeconomic analysis of biodiesel production from castor oil using heterogeneous nanocatalyst. Bioresour. Technol., 320, 124347. doi:https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124347

Nguyen, H., Nguyen, M., Su, C., Ong, H., Juan, H., & Wu, S. (2021). Bio-derived catalysts: a current trend of catalysts used in biodiesel production. Catalysts, 11(7), 1–28. doi:10.3390/catal11070812.

Niju, S., Kirthikaa, M., Arrthi, S., Dharani, P., Ramya, S., & Balajii, M. (2020). Fish-Bone Doped Sea Shell for Biodiesel Production from Waste Cooking Oil. J. Inst. Engineers (India): Series E, 101(1), 53–60. doi:10.1007/s40034-019-00154-0.

Nisar, S., Hanif, M., Rashid, U., Hanif, A., Akhtar, M., & Ngamcharussrivichai, C. (2021). Trends in widely used catalysts for fatty acid methyl esters (Fame) production: a review. Catalysts, 11( 9), 1085-1109.

Noreen, .., Khalid, K., Iqbal, M., Baghdadi, H., Nisar, N., Siddiqua, U., . . . Nazir, A. (2021). Eco-benign approach to produce biodiesel from neem oil using heterogeneous nano-catalysts and process optimization. Environ. Technol. Innov., 22, 101430-101444. doi:https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101430

Normalizacion, S. E. (8 de 1973). Normalizacion Ecuador. Recuperado el 11 de 9 de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.normalizacion.gob.ec/buzon/normas/39.pdf

Normalizacion, S. E. (8 de 1973). Normalizacion Ecuador. Recuperado el 11 de 9 de 2022, de chrome-extension://oemmndcbldboiebfnladdacbdfmadadm/https://www.normalizacion.gob.ec/buzon/normas/38.pdf

Onukwuli, D., Ezeugo, J., Ude, C., & Nwosu-Obieogu, K. (2020). Improving heterogeneous catalysis for biodiesel production process. Cleaner Chemical Engineering, 3, 100038-100048. doi:https://doi.org/10.1016/j.clce.2022.100038

Renzaho, A., Kamara, J., & Toole,, M. (2017). Biofuel production and its impact on food security in low and middle income countries: implications for the post-2015 sustainable development goals,. Renew. Sustain. Energy Rev., 78, 503–516.

Rezania, S., Oryani, B., Park, J., Hashemi, B., Yadav, K., Kwon, E., . . . Cho, J. (2019). Review on transesterification of non-edible sources for biodiesel production with a focus on economic aspects, fuel properties and by-product applications. Energy Conversion and Management, 201, 112155-112183.

Rocha, P., Oliveira, L., & Franca, A. (2019). Sulfonated activated carbon from corn cobs as heterogeneous catalysts for biodiesel production using microwave-assisted transesterification. Renew. Energy, 143, 1710–1716. doi:10.1016/j.renene.2019.05.070.

Sahu, O. (2021). Characterisation and utilization of heterogeneous catalyst from waste rice-straw for biodiesel conversion. Fuel, 287, 119543-119561. doi:10.1016/j.fuel.2020.119543.

Sai, A., Niju, S., Begum, K., & Anantharaman, N. (2019). Optimization and modeling of biodiesel production using fluorite as a heterogeneous catalyst. Energy Sources, Part A., 41(5), 1862-1878. doi:10.1080/15567036.2018.1549165

Searchinger, T., Edwards, R., Mulligan, D., & Heim, R. (2015). Do biofuel policies seek to cut emissions by cutting food? Science, 347, 1420–1422.

Veillette, M., Giroir-Fendler, A., Faucheux, N., & Heitz, M. (2017). Esterification of free fatty acids with methanol to biodiesel using heterogeneous catalysts: from model acid oil to microalgae lipids. Chem.Eng.J., 308, 101–109. doi: 10.1016/j.cej.2016.07.061

Wagner, G. (.-5. (7 de Junio de 2022). Fondo Monetario Internacional. Recuperado el 7 de Septiembre de 2022, de imf.org: https://www.imf.org/es/Publications/fandd/issues/2022/06/new-energy-imperative-wagner

Woo, J., Joshi, R., Park, Y., & Jeon, J. (2021). Biodiesel production from jatropha seeds with bead-type heterogeneous catalyst. Korean J. Chem. Eng., 38(4), 763–770. doi:10.1007/s11814-021-0759-7

Xie, W., & Li, H. (2006). Alumina-supported potassium iodide as a heterogeneous catalyst. J Mol Catal A, 255, 1–9. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.molcata.2006.03.061.

Xie, W., Peng , H., & Chen, L. (2006). Transesterification of soybean oil catalyzed by potassium loaded on alumina as a solid-base catalyst. Appl Catal A, 300, 67–74. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2005.10.048.

Yahya, S., Muhamad Wahab, S., & Harun, F. (2020). Optimization of biodiesel production from waste cooking oil using Fe-Montmorillonite K10 by response surface methodology. Renewable Energy, 157, 164–172. doi:10.1016/j.renene.2020.04.149

Yusuff, A., Bhonsle, A., Bangwal, D., & Atray, N. (2021). Development of a barium-modified zeolite catalyst for biodiesel production from waste frying oil: Process optimization by design of experiment. Renewable Energy, 177, 1253-1264. doi:https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.06.039

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Publicado

2022-04-04
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Resumen 170

Cómo citar

Molero, H., Moyano, K., & Arias, D. (2022). Evaluación de las propiedades catalíticas de diversos materiales en la producción de biodiesel. Journal of Science and Research, 7(2), 151–178. Recuperado a partir de https://revistas.utb.edu.ec/index.php/sr/article/view/2664

Número

Sección

Artículo de Investigación