Uso de cenizas volantes secas modificadas obtenidas de residuos de la industria papelera como catalizador heterogéneo para la producción de biodiesel a partir de aceite usado de cocina

Abstract

La mayor parte de la energía mundial es abastecida por combustibles fósiles lo que contribuye a la contaminación ambiental por la emisión de gases de efecto invernadero, razón por la cual la obtención de biocombustibles se ha convertido en una de las fuentes de energía alternativas que reduzcan el impacto ambiental y sean económicamente rentables. Dentro de esta nueva alternativa se encuentra el biodiesel el cual se puede obtener a partir de aceites vegetales o grasas animales. En la presente investigación se evaluó la producción de biodiesel a partir de aceite usado de cocina (AUC) y metanol usando como catalizador heterogéneo cenizas volantes secas obtenidas en los procesos de combustión de la industria papelera portuguesa, estas cenizas fueron impregnadas con Ácido Sulfúrico (H2SO4) y posteriormente, se calcinaron con el fin de llevar a cabo las reacciones de esterificación y transesterificación simultáneamente. En primer lugar, se realizó la caracterización de la materia prima determinando algunas propiedades fisicoquímicas del aceite tales como: valor ácido, porcentaje de acidez, índice de saponificación, viscosidad, densidad y humedad; mientras que el catalizador se caracterizó por medio de diferentes técnicas como Difracción de Rayos X (DRX), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectrometría de Dispersión de Energía de Rayos X (EDX), Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR), método BET (área superficial especifica BET), método BJH (diámetro y volumen de poro) e Indicadores Hammett (sitios ácidos y sitios básicos). Las reacciones se llevaron a cabo en un reactor Batch en vidrio de 250 mL a una temperatura de 60 °C, 600 revoluciones por minuto, un tiempo de reacción de 3 horas y una concentración de catalizador del 10% w/w respecto al aceite utilizado teniendo en cuenta dos niveles y tres factores: relación molar metanol:aceite (6:1 y 12:1), tipo de carga oleosa (AUC-1 y AUC-2) y concentración de ácido sulfúrico en el catalizador (0.025 y 0.050 molar). Posteriormente, se cuantificó el rendimiento a ésteres metílicos de ácidos grasos (FAMEs) a través de cromatografía de gases y se evaluó la conversión de ácidos grasos libres (AGL) por medio del índice de acidez; adicionalmente, se estudió la pérdida en la actividad catalítica debido a la reutilización del catalizador en tres ciclos. Los resultados obtenidos mostraron que el máximo rendimiento a FAMEs fue del 5.96% utilizando el aceite usado de cocina con menor valor ácido (AUC-1), las cenizas volantes secas sulfonadas calcinadas (CVS-SC-0.050) y una relación molar metanol:aceite de 6:1 para todos los factores y niveles evaluados obteniendo una conversión de AGL del 90.62%. El catalizador evaluado en los ciclos de reuso mostró una alta actividad catalítica obteniéndose rendimientos a FAMEs de 66.66% y 63.98%.