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Valorización de aceites vegetales como residuos agroalimentarios para la obtención de biocombustibles

La síntesis convencional del biodiésel se realiza por transesterificación con alcohol (por lo general, metanol) de los triglicéridos que constituyen los aceites vegetales en presencia de catalizadores básicos. Es un proceso que se desarrolla en un medio heterogéneo constituido por una fase lipídica y otra alcohólica. La lipídica se constituye mayoritariamente por triglicéridos, ésteres metílicos (biodiésel) y diglicéridos y monoglicéridos (productos intermedios de la reacción), mientras que la alcohólica está compuesta fundamentalmente por el alcohol (metanol) y el glicerol formado como subproducto. La temperatura, la cantidad de catalizador y la relación molar metanol-aceite determinan la velocidad de transesterificación. A una temperatura dada, la velocidad inicial de la reacción está controlada por la concentración del catalizador en la fase alcohólica, que es donde éste se encuentra disuelto. Por lo general, la evolución del contenido de diglicéridos y monoglicéridos viene determinada por la temperatura y la relación molar metanol/aceite. En este trabajo se estudia el proceso de síntesis del biocombustible a partir de aceite residual de cocina con metanol en presencia de NaOH como catalizador. Se han estudiado las implicaciones que suponen: i) la variación del ratio de alcohol; ii) cambio de la concentración del catalizador empleado; iii) modificación de la temperatura de reacción. Se han encontrado algunas diferencias significativas en la conversión a biodiésel para las diferentes condiciones de reacción estudiadas. Cuando se trabaja para una misma temperatura y concentración de NaOH, el aumento de la relación molar metanol-aceite supone un mayor porcentaje de conversión de aceite, así como un mayor rendimiento a biodiésel, lo que se traduce en unos resultados de rendimiento menores para los monoglicéridos y diglicéridos cuanta mayor cantidad de alcohol se emplea. Por otro lado, los resultados catalíticos varían en función del ratio de alcohol con el que se trabaja. La diferencia en la evolución de la conversión es más o menos significativa según el exceso de metanol empleado. Se han puesto a punto dos técnicas instrumentales de análisis para la monitorización de la reacción de transesterificación: cromatografía de exclusión de tamaños (SEC) e índice de refracción (nD). Se ha formulado un modelo que relaciona ambas técnicas permitiendo estimar la evolución de la conversión de aceite en un intervalo de condiciones de reacción, a partir de la medida del índice de refracción de la fase alcohólica. Los resultados de este trabajo han logrado establecer un método para la monitorización de la reacción sencillo, rápido y fiable.

Conventional biofuel synthesis is carried out by the vegetable oils’ triglycerides transesterification with alcohol (methanol, generally) with basic catalysts. This process takes place in a heterogeneous system formed by a lipidic and alcoholic phase. While the lipidic phase is constituted mainly by triglycerides, methyl esters (biofuel), and diglycerides and monoglycerides (intermediate products), the alcoholic one is composed mainly by alcohol (methanol) and glycerol, as the reaction by-product. The reaction temperature, the quantity of catalyst and the molar ratio oil: methanol determine the rate at which the transesterification proceeds. At a given temperature, the initial reaction rate is controlled by the catalyst concentration in the alcoholic phase where it is dissolved. As a general rule, the evolution of the diglycerides and monoglycerides content are determined by reaction temperature and the oil/methanol molar ratio. In this work, the synthesis of biofuel from residual cooking oil with methanol in the presence of NaOH as catalyst is studied. It has been looked over the implications of: i) the alcohol molar ratio; ii) the catalyst concentration range; iii) the reaction temperature. Some significative differences in the oil conversion depending on the selected reaction conditions have been found. Working at the same temperature and NaOH concentration, the increase in the methanol-oil molar ratio gives as a result a greater oil conversion, as well as a higher biodiesel yield, which translates into lower yields of monoglycerides and diglycerides, the higher is the amount of alcohol used. On the other hand, catalytic results vary depending on the ratio of alcohol used. Thus, the difference in the oil conversion evolution, when catalyst concentration varies, is more or less significant depending on the excess of methanol used. Two instrumental analysis techniques have been studied in order to monitorize the transesterification reaction: size exclusion chromatography (SEC) and refractive index (nD). A mathematic model has been formulated that relates both techniques, allowing the estimation of the oil conversion in a wide range of reaction conditions, from the measurement of the refractive index of the alcoholic phase. The results of this work have allowed to establish a simple, fast and reliable method for monitoring the reaction.