Biodiésel, una oportunidad para la valorización energética

Los primeros motores automovilísticos modernos se desarrollaron a partir de la segunda mitad del siglo XIX. El 10 de agosto de 1893, el ingeniero Rudolf Diesel patentó un nuevo modelo de motor de combustión interna que funcionaba con un biocombustible basado en aceite de cacahuete. Este invento le permitió ganar el premio principal en la Feria Internacional de París en 1900. Hasta principios del siglo XX, los motores de automóviles utilizaban dos tipos de combustibles: los derivados del petróleo y los biocombustibles. Sin embargo, a partir de 1920, se impulsó a nivel internacional la comercialización de los derivados del petróleo.

En 1913, Diesel afirmó: “El uso de aceites vegetales como combustibles puede parecer insignificante hoy. Pero con el tiempo, pueden convertirse en combustibles tan importantes como el petróleo o el carbón lo son en nuestros días”. Actualmente, los biocombustibles abren un nuevo horizonte para reducir la emisión de gases de efecto invernadero y mitigar el calentamiento global.

En la Universidad de La Laguna, el grupo de investigación de Catálisis Heterogénea, dirigido por Luis Antonio González y fundado en 1985, se dedicó inicialmente al trabajo con reactores y al tratamiento de combustibles, específicamente a la transformación de petróleo en combustible. Diseñaron catalizadores homogéneos y heterogéneos a partir de productos derivados del petróleo. Posteriormente, continuaron diseñando catalizadores para la producción de biodiésel y agregaron una nueva línea de investigación relacionada con la producción de biogás.

En este sentido, el biodiésel proviene típicamente de aceites: “Para obtenerlo, se realiza una reacción entre un aceite y un alcohol, produciendo biodiésel y, como subproducto, glicerina”, señala Laura Díaz, investigadora del grupo de investigación de Catálisis Heterogénea.

Materia prima

El biocombustible siempre es el mismo, lo que lo diferencia es la materia prima de la que proviene. Pueden emplearse aceites comestibles, aceites residuales de fritura, así como aceites provenientes de cultivos energéticos (no comestibles), como la jatropha curcas.

Durante seis años, este grupo de investigación trabajó en un proyecto que consistía en cultivar jatropha curcas en suelos desertificados de Fuerteventura. Karina Elvira Rodríguez, investigadora del grupo de investigación de Catálisis Heterogénea que participó en este proyecto, señala que las plantas, regadas con agua regenerada, produjeron semillas de las cuales se extrajo el aceite para fabricar el primer biodiésel canario.

Además de los aceites vegetales, también se puede obtener biodiésel a partir de grasa animal. En Centroamérica, por ejemplo, se produce este biocombustible a partir de grasas de bovino y porcino. Sin embargo, el mayor reto es separar la grasa de otros componentes y disponer de una cantidad suficiente de grasa para producir biodiésel.

José Aythami Pérez, investigador del grupo de investigación de Catálisis Heterogénea, está muy interesado en los residuos de los mataderos desde que realizó sus trabajos de fin de estudios. Pérez recibe todos los restos de los mataderos avícolas y de carne porcina. Uno de los procesos que emplea consiste en la extracción de las grasas de esos residuos y su conversión en biodiésel.

Actualmente, se encuentra en fase de estudio, determinando si la cantidad de grasa generada justifica el esfuerzo y cómo puede transformarse esos lípidos en este biocombustible. Para ello, es necesario eliminar las impurezas de la grasa, hacerla más fluida y prepararla para el resto del procedimiento, que es similar al que se sigue con el aceite.

Cabe destacar que de estos desechos no solo se obtiene biodiésel, sino que también se pueden fabricar otros biocombustibles como el biogás. Incluso se puede obtener bio-dimetil éter a partir del dióxido de carbono (CO₂) generado durante la producción de biogás. De esta forma, el grupo de investigación de Catálisis Heterogénea se dedica a la valorización energética, es decir, aprovecha todos los residuos posibles para producir diferentes biocombustibles.

Generaciones del biodiésel

El biocombustible puede clasificarse en función de su forma de aparición. Existen cuatro generaciones de biodiésel. La primera hace referencia a los derivados de aceites comestibles como el de oliva, colza o maíz. No obstante, debido al problema de utilizar una fuente alimentaria para producir biocombustible, se buscaron otras alternativas. La segunda emplea aceites residuales y cultivos energéticos como es el de la jatropha curcas en Fuerteventura. La tercera generación se basa en aceites procedentes de algas, que son eficientes en la captura de CO₂. Precisamente, el grupo de Catálisis Heterogénea también ha producido biodiésel a partir de microalgas. Y una última, que, según Douglas Jimmy Escalante, investigador del mismo grupo, está en boga y es más compleja que las anteriores, ya que modifica genéticamente microorganismos para mejorar la captura y el almacenamiento de CO₂.

Además, el grupo está apostando por llevar a cabo estudios relacionados con la gestión del residuo de aceites de fritura, con el objetivo de que este residuo se procese en Canarias. Según Rodríguez, actualmente el aceite usado se exporta a la península para su conversión en biodiésel. La empresa encargada de la recogida del aceite usado en Tenerife está compuesta por personas en riesgo de exclusión social y personas con discapacidad. Así, podría generar más empleo para estas personas. Rodríguez señala: “Si produjéramos el biodiésel en Tenerife, podríamos usarlo en los mismos camiones encargados de la recogida del aceite hasta que contemos con la financiación adecuada para implementarlo”.

Por su parte, González indica que la producción de biodiésel a partir de aceites usados u otras materias primas se enmarca dentro del concepto de economía circular, una estrategia que busca la sostenibilidad mediante la maximización del ciclo de vida de los productos y la minimización de los residuos. El aceite usado se recolecta, reutiliza y transforma en biodiésel, fomentando así este enfoque circular.

Combustible renovable

El biodiésel es un biocombustible cuya principal característica es su ciclo de carbono neutro. Esto significa que, aunque al quemarse produce CO₂, este es capturado nuevamente por las plantas durante su crecimiento. Así, el ciclo neto de CO₂ es cero, ya que no se añade más CO₂ a la atmósfera.

Escalante explica que el ciclo de vida del carbono en los combustibles fósiles es muy largo, ya que el CO₂ liberado al quemarlos se acumula en la atmósfera y no puede revertirse fácilmente. En contraste, las plantas que generan una semilla para producir un aceite tienen ciclos de vida mucho más cortos. De esta forma, el biodiésel representa una oportunidad para que el ciclo de captura y liberación de CO₂ sea más breve y eficiente.

“Si disminuimos la producción de CO₂ procedente de combustibles fósiles y utilizamos biocombustibles, ya sea biodiésel u otro tipo, el periodo latente del CO₂ es más corto, ya que puede capturarse y reutilizarse”, señala Escalante. Este objetivo no solo se pretende con la tecnología del biodiésel, sino también con muchas otras que se están implementando actualmente.

No obstante, ¿por qué no se ha logrado aún sustituir a los combustibles fósiles? El biodiésel presenta algunas limitaciones, principalmente relacionadas con la producción y los costos. En primer lugar, la materia prima para la producción de este biocombustible proviene de cultivos cuya tierra es limitada. Además, los cultivos se usan principalmente para la producción de alimentos. Una gestión adecuada de los aceites residuales de fritura sería ideal para mitigar estos problemas. En España, de hecho, ya existen plantas de producción de biodiésel que utilizan estos residuos. Por otro lado, los costos actuales de producción de biodiésel son más elevados. Esta tecnología aún no ha alcanzado las economías de escala necesarias para competir en costos con los combustibles fósiles.

En este sentido, González afirma: “Las necesidades energéticas mundiales no pueden ser cubiertas con los biocombustibles, dada la baja producción de estos en comparación con los combustibles fósiles”. Y añade: “Pero se pueden complementar con otras fuentes de energía”.

Usos del biodiésel

«Actualmente, el mayor consumidor de biodiésel es la aviación», afirma González. Esto se debe a que, además de sus beneficios en términos de sostenibilidad, el biodiésel puede producirse relativamente fácil con algunos ajustes en los aviones. Esta situación ha fomentado una gran sinergia entre las compañías aéreas y las universidades para desarrollar y optimizar esta tecnología.

En el ámbito automotriz, el biodiésel se emplea especialmente en motores robustos, como los de la maquinaria agrícola, donde su combustión genera menos residuos y, por lo tanto, requiere menos mantenimiento. En contraste, los motores de automóviles convencionales aún no están completamente adaptados para el biodiésel y tienden a generar una serie de subproductos que pueden provocar un mayor desgaste y la necesidad de mantenimiento frecuente.

Sin embargo, el diésel suministrado en las gasolineras contiene un pequeño porcentaje de biodiésel. Por ejemplo, existe el diésel B7, que es una mezcla conformada por un 7% de biodiésel y un 93% de diésel. La mayoría de los motores diésel pueden utilizar biodiésel en diversas concentraciones.

Catalizadores heterogéneos

¿Y qué papel juegan los catalizadores en la producción de biocombustibles? Díaz cuenta que, cuando imparte charlas en los colegios acerca del biodiésel, siempre explica: “Imagínense que en casa ponen un litro de aceite y alcohol etanol en un caldero con el fuego encendido, y luego empiezan a agitar”. E inmediatamente pregunta: “¿Se obtendría así biodiésel?”.

La respuesta es negativa, ya que de esta forma una persona podría tardar años hasta que la reacción ocurra. Así, los catalizadores son fundamentales para la interacción entre el aceite y el alcohol. “Así somos capaces de conseguir biodiésel en una hora aproximadamente”, afirma.

Actualmente, la industria utiliza un catalizador homogéneo a partir de una mezcla de hidróxidos de potasio y sodio disuelto en alcohol para producir biodiésel. Sin embargo, este método no es tan efectivo porque el biodiésel generado necesita ser lavado para eliminar el catalizador, lo que genera muchos efluentes.

De esta manera, este grupo de investigación ha perseguido la creación de catalizadores heterogéneos (de estado sólido) de bajo coste para la producción de biocombustibles. Díaz, prácticamente sola, creó un catalizador que usa como soporte la pumita, un material volcánico abundante, al que le impregna litio. «La idea era buscar un catalizador sólido que hiciera lo mismo que el catalizador homogéneo, con las mismas condiciones o mejoradas, pero con la misma eficiencia», afirma Díaz. Además, la investigadora buscaba que el catalizador disminuyera la duración de la reacción y la temperatura.

Otra de las ventajas de usar catalizadores heterogéneos es que no es necesario filtrar ni lavar el biodiésel generado tras la reacción. Solo sería necesario realizar una serie de análisis para confirmar su comercialización. Además, los catalizadores heterogéneos permiten trabajar de manera continua. Al utilizar un catalizador sólido en un reactor de lecho fijo, se puede operar de manera continua, similar a una refinería. También se busca minimizar la generación de residuos y asegurar que los subproductos sean en menor cantidad y fácilmente reciclables.

De esta forma, González, el líder del grupo de investigación de Catálisis Heterogénea, resalta que el objetivo de sus investigaciones es beneficiar a la industria, proporcionándoles conocimientos sobre cómo optimizar procesos y ser más eficientes. En este sentido, el grupo de investigación cuenta con dos proyectos Interreg-MAC que les permitirán continuar con su labor investigadora y trasladar sus resultados a la sociedad. Uno de estos proyectos está relacionado con la valorización energética de residuos, mientras que el otro aborda el reciclaje químico y biológico de textiles para la producción de fibras reutilizables. Escalante añade: “Todo enmarcado dentro de la economía circular, la valorización energética, los biocombustibles y aplicando catálisis”.

Este reportaje es una iniciativa enmarcada en el Calendario de Conmemoraciones InvestigaULL, un proyecto de divulgación científica promovido por la Universidad de La Laguna.

Unidad de Cultura Científica y de la Innovación (Cienci@ULL)