Biodiésel: Conceptos básicos para la producción casera

Resumen

Esta publicación es una introducción a la producción casera de biodiésel. Incluye listas de los equipos y materiales necesarios para elaborar pequeños lotes de biodiésel. Describe qué es el biodiésel e incluye advertencias y procedimientos para preparar lotes de prueba y lotes de 5 galones. También se ofrece una extensa lista de recursos.

Introducción

El biodiésel es una alternativa al diésel derivado del petróleo. El biodiésel es un aceite de origen vegetal o animal diluido de forma permanente, cuya viscosidad se aproxima a la del combustible diésel estándar n.º 2. Este combustible se llama biodiésel porque está elaborado principalmente con materiales biodegradables y puede utilizarse como combustible en motores diésel. El biodiésel también puede utilizarse en calderas o hornos diseñados para funcionar con aceites de calefacción, o en equipos de iluminación que funcionan con aceite. Se puede utilizar puro, es decir, 100 % biodiésel, o se puede mezclar con diésel de petróleo.

El objetivo de esta publicación es describir cómo se puede fabricar biodiésel para abastecer de combustible a la maquinaria diésel en una granja o un rancho. Tenga en cuenta que el biodiésel que se utiliza en las vías públicas está sujeto a impuestos federales, estatales y locales, al igual que el diésel derivado del petróleo.

El biodiésel se puede producir en cualquier cantidad, desde 1 taza hasta muchos galones. El proceso que aquí se describe es un proceso por lotes, adecuado para un agricultor o ganadero individual. Los procesos de flujo continuo son más adecuados para las plantas de producción de biodiésel. Dado que es mejor cometer pequeños errores que grandes, las personas interesadas en producir biodiésel tal vez quieran comenzar con lotes pequeños y ir aumentando progresivamente hasta producir lotes más grandes.

Aceite vegetal puro (SVO)

En las condiciones adecuadas, tanto el aceite vegetal nuevo como el usado —como el aceite de cocina— pueden utilizarse como combustible para motores diésel sin necesidad de procesarlo para convertirlo en biodiésel. El aceite vegetal debe filtrarse a 5 micrones o menos y calentarse a por lo menos 140 grados Fahrenheit para su uso en motores diésel. Otros términos comunes para referirse al aceite vegetal sin procesar que se utiliza en un motor diésel incluyen «aceite vegetal puro» (PPO), que es lo mismo que el SVO, y «aceite vegetal de desecho» (WVO). Aunque el SVO tiene algunas ventajas sobre el biodiésel, se ha demostrado que acorta la vida útil del motor y causa otros problemas relacionados con el combustible.

Peligros

Fabricar biodiésel es relativamente sencillo; hay quien dice que es más fácil que hacer cerveza.

Sin embargo, en este proceso intervienen sustancias químicas cáusticas, tóxicas, volátiles e inflamables. El riesgo de sufrir lesiones personales y daños materiales es muy real. Ni el autor ni ninguna otra persona relacionada con esta publicación se hace responsable de posibles errores, lesiones o daños. No te bases únicamente en esta publicación para obtener información sobre cómo fabricar biodiésel; estudia detenidamente otras publicaciones y comienza con cantidades pequeñas.

Utilice un respirador adecuado al fabricar biodiésel. Los únicos respiradores aprobados para el metanol son aquellos con suministro externo de aire. Para obtener información sobre cómo conseguir un respirador, consulte la sección «Recursos adicionales» al final de esta publicación. Otros equipos necesarios incluyen guantes de hule gruesos, gafas de seguridad y ropa que proteja su piel de los productos químicos, especialmente del metanol. El metanol puede absorberse a través de la piel y causar enfermedades, ceguera y debilitamiento.

Calentar el aceite para eliminar el agua y trasladar el aceite calentado son dos pasos potencialmente peligrosos en el proceso de elaboración de biodiésel. Al calentar el aceite usado, ten cuidado de que no salpique y haga que el piso se vuelva resbaladizo. Ten cuidado al usar quemadores o calentadores eléctricos, tal como lo harías al cocinar. El aceite caliente derretirá los cubetas de plástico, causando un desorden. Asegúrate de enfriar el aceite caliente a menos de 120 grados antes de verterlo en una cubeta de plástico.

No utilices ningún objeto que entre en contacto con el biodiésel o con los químicos utilizados para fabricarlo en la producción de alimentos. La fabricación de biodiésel requiere un área bien ventilada para reducir el riesgo de incendio y explosión, así como la exposición al metanol. El metanol puede vaporizarse y, cuando se mezcla con la cantidad adecuada de oxígeno y una fuente de ignición, puede inflamarse con una llama invisible. Cuando produzcas biodiésel en grandes cantidades, hazlo al aire libre o en un lugar donde no haya posibilidad de que una chispa o una llama entre en contacto con el metanol. Cualquier cableado en áreas interiores donde se utilice metanol debe ser a prueba de explosiones.

Acerca del biodiésel

El biodiésel se produce mediante la reacción química de aceite vegetal o grasa animal —o una combinación de ambos— con alcohol, por lo general metanol casi puro, etanol desnaturalizado o etanol. A continuación, la mezcla se combina con un catalizador: una sustancia química alcalina como el hidróxido de potasio o el hidróxido de sodio, también conocida como lejía. El aceite es químicamente ácido. La combinación del alcohol y el catalizador, conocida comúnmente como metóxido, es químicamente una base. Esta reacción química descompone las moléculas de grasa de los aceites en un éster —que es el biodiésel— y glicerol. Esta reacción se denomina transesterificación. Dado que el biodiésel no es tan denso como el glicerol, flota sobre este y puede verterse o extraerse con una bomba, o bien el glicerol puede drenarse por la parte inferior. Posteriormente, el combustible puede filtrarse y utilizarse en aplicaciones de calefacción o iluminación. Aunque algunas personas utilizan el combustible en motores diésel sin procesarlo más, se recomienda encarecidamente eliminar primero las impurezas, como el jabón, el alcohol sin reaccionar y el catalizador, mediante un proceso de lavado. El biodiésel sin lavar es cáustico e incompatible con los sistemas modernos de inyección de combustible, y su uso provocará fallas en los componentes. Los motores diésel modernos fabricados después de 2004 requieren combustible de alta calidad para evitar problemas.

Cualquiera que tenga experiencia con motores diésel sabe que el combustible diésel se convierte en un gel ceroso a bajas temperaturas. A esto se le llama «punto de gelificación», y el combustible en ese punto no se puede bombear hasta que se caliente. La temperatura a la que el combustible ya no se vierte se llama «punto de vertido». El biodiésel tiene un punto de fluidez más alto que el diésel de petróleo n.º 2. Esto significa que el biodiésel se gelifica a una temperatura más alta. Algunas materias primas oleosas, como el aceite de coco o las grasas animales, producen un biodiésel que se gelifica a temperaturas relativamente altas, mientras que el biodiésel elaborado a partir de aceite de canola o de colza tendrá un punto de gelificación más bajo. El biodiésel se mezcla comúnmente con diésel de petróleo n.º 1 para reducir los puntos de gelificación y de fluidez. El biodiésel debe almacenarse a una temperatura superior al punto de congelación, y se pueden instalar calentadores con control de temperatura en los tanques y en las líneas de combustible de los vehículos a diésel. Algunos vehículos cuentan con filtros de combustible calefactados que también ayudan a mantener el biodiésel por encima del punto de gelificación.

Almacenamiento de productos químicos y biodiésel

Las materias primas y el biodiésel terminado deben almacenarse adecuadamente. El metanol es un veneno. Evita todo contacto con el metanol, incluido el contacto con la piel y la inhalación de vapores. El contacto con el metanol puede causar enfermedades irreversibles, ceguera y la muerte. Debido a que el metanol absorbe agua, no debe almacenarse en ningún recipiente abierto. El metanol debe almacenarse en recipientes adecuados y sellados, y estos deben estar claramente marcados como contenedores de metanol. Los materiales catalizadores, como el hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de potasio (KOH), son bases fuertes y extremadamente cáusticos. Estos químicos también absorben agua y se volverán inservibles a menos que se mantengan en un recipiente herméticamente sellado.

Las materias primas de aceite pueden volverse rancias o incluso estar rancias al momento de su adquisición. Evita los aceites rancias. El aceite usado debe transformarse en biodiésel lo antes posible para evitar que se vuelva rancio y aumente la cantidad de ácidos grasos libres. El aceite rancio, húmedo o muy usado produce menos biodiésel y es posible que ni siquiera reaccione lo suficiente como para producir biodiésel. El biodiésel terminado puede almacenarse de manera segura durante seis meses.

El almacenamiento inadecuado de biodiésel, aceite vegetal usado y glicerol puede atraer a los roedores. Procura mantener un espacio de trabajo limpio y desecha los residuos rápidamente. Los ratones y las ratas pueden roer rápidamente los recipientes de plástico, así que mantente alerta. Mantén el área de trabajo fuera del alcance de los niños pequeños y las mascotas, ya que el biodiésel puede tener un olor dulce y atractivo. Los trapos y las toallas de papel empapados en biodiésel pueden entrar en combustión espontánea, por lo que se debe tener cuidado para evitar esta posibilidad.

El biodiésel terminado debe almacenarse en bidones de acero, contenedores de polietileno o bidones amarillos para diésel, y estos recipientes deben estar claramente marcados para indicar que contienen biodiésel. El biodiésel es un buen disolvente. Disuelve el caucho y algunos plásticos, quita la pintura, oxida el aluminio y otros metales, y se ha informado que destruye el asfalto y el concreto si los derrames no se limpian rápidamente. La mayoría de los equipos de abastecimiento de combustible derivado del petróleo pueden utilizarse para el biodiésel, pero el equipo se degrada más rápidamente. Para obtener más información, consulte la publicación de ATTRA titulada «Uso, manejo y calidad del biodiésel».

Materiales

Como se mencionó anteriormente, la producción de biodiésel requiere tres insumos: aceite o grasa, alcohol y un catalizador cáustico de base fuerte. Aproximadamente el 80 por ciento del volumen de la materia prima del biodiésel es aceite vegetal o grasas animales, y alrededor del 20 por ciento es metanol. Para que el aceite crudo reaccione adecuadamente, se requiere un 20 por ciento de metanol. Por ejemplo, una proporción adecuada es de 10 galones de aceite por cada 2 galones de metanol. La proporción de catalizador varía según los materiales utilizados. Un galón de aceite crudo rinde casi 1 galón de combustible terminado.

Para el componente de aceite se puede utilizar aceite vegetal nuevo y desgomado o aceite vegetal residual proveniente de restaurantes. Cuanto mejor sea la calidad del aceite, más fácil será producir biodiésel de alta calidad. Los productores de semillas oleaginosas pueden prensar y desgomar el aceite u obtener aceite crudo prensado. Para más información, consulta la publicación de ATTRA titulada «Procesamiento de semillas oleaginosas para productores a pequeña escala».

El metanol, o alcohol de madera, antes se producía mediante la pirólisis de la madera, pero hoy en día se fabrica principalmente a partir del gas natural. Se utiliza como anticongelante para tuberías de gas y como combustible para carreras. El metanol se puede adquirir en proveedores de productos químicos. El metanol en bidones de 55 galones se puede conseguir en distribuidores de combustible, tiendas de repuestos para autos o tiendas especializadas en autos de carrera. El anticongelante para tuberías de combustible HEET contiene metanol puro al 99 por ciento y puede usarse para producir pequeños lotes de biodiésel. Asegúrate de comprar HEET que se venda en botellas amarillas. Iso-HEET, que se vende en botellas rojas, es alcohol isopropílico y no servirá para este propósito. No des por sentado que el anticongelante para tuberías de combustible es metanol puro a menos que esté etiquetado como tal. Asegúrate de usar metanol casi puro.

Como catalizador, se puede utilizar hidróxido de sodio (NaOH, soda cáustica o lejía) o hidróxido de potasio (KOH, potasa cáustica). Hasta hace poco, el hidróxido de sodio se vendía comúnmente como limpiador de desagües en forma de lejía de la marca Red Devil y se podía encontrar en ferreterías y en muchas tiendas de abarrotes. El fabricante ha dejado de producirlo. Si compras otra marca de limpiador de desagües a base de lejía, asegúrate de que sea lejía pura. El hidróxido de potasio es menos común, pero se puede adquirir en tiendas de productos químicos o en proveedores de productos químicos agrícolas.

Las cantidades de metanol, hidróxido de potasio y aceite crudo que se utilizan para producir biodiésel son ajustables, siempre y cuando se respete la siguiente fórmula: 1000 mililitros de aceite, 200 mililitros de metanol y 7 gramos de hidróxido de potasio. Si prefieres usar hidróxido de sodio, la cantidad correcta en la fórmula sería de 3,5 gramos. Para el aceite usado, consulta la sección sobre «Cómo realizar una titulación» más abajo.

Hidróxido de sodio frente a hidróxido de potasio

El hidróxido de sodio (NaOH) es el componente alcalino más económico y más utilizado en el proceso de producción de biodiésel a pequeña escala. Sin embargo, en los últimos años, el hidróxido de potasio (KOH) ha ganado popularidad debido a sus propiedades catalíticas superiores. El hidróxido de potasio se disuelve más fácilmente en metanol y es menos sensible al agua. Además, el glicerol, o glicerina, subproducto del procesamiento con hidróxido de potasio, permanece líquido y es más fácil de eliminar. Este subproducto también puede agregarse de manera más segura a las pilas de compost, utilizarse en pequeñas cantidades como suplemento en el alimento para rumiantes o aves de corral y aplicarse como fertilizante potásico. El uso de hidróxido de sodio contamina el agua de lavado con sales, lo que la hace inadecuada para su aplicación en el suelo. El glicerol de hidróxido de sodio sí tiene sus propias ventajas: constituye una base superior para jabones o desengrasantes.

Costo

Además del costo inicial del equipo de procesamiento, los costos de producción de biodiésel incluyen los productos químicos utilizados en la reacción, los gastos de gas o electricidad y la mano de obra. Las materias primas pueden variar desde aceite de cocina nuevo de grado alimenticio hasta grasas animales procesadas. El costo de la materia prima depende en gran medida de la ubicación y las operaciones del productor. El aceite usado de los restaurantes se está convirtiendo en un producto valioso, pero muchos restaurantes locales aún están dispuestos a entregarlo a los productores de forma gratuita. Los agricultores que cultivan semillas oleaginosas pueden extraer el aceite en su propia finca a un costo relativamente bajo.

Los precios del metanol han fluctuado enormemente en los últimos años, al igual que los de la gasolina y el gas natural. Calcula que pagarás aproximadamente un 25 por ciento más por el metanol que el precio actual de la gasolina en las gasolineras. Busca en la guía telefónica proveedores de combustible o tiendas especializadas en tuning. Los precios de los catalizadores comienzan en unos 2.50 dólares por libra. Compara precios para conseguir la mejor oferta. Recuerda que los gastos de envío de productos químicos peligrosos pueden ser considerables en el caso de los productos comprados por Internet.

A partir de 2009, los agricultores pueden esperar producir biodiésel a partir de grasa residual gratuita a un costo de entre 1 y 2 dólares por galón, sin contar los costos de mano de obra ni los impuestos estatales y federales sobre el transporte que correspondan.

Recolección de aceite vegetal usado (WVO)

Aunque algunos productores de biodiesel pagan por el aceite vegetal usado, a menudo se puede obtener gratis en los restaurantes. Compara precios. Es posible que los restaurantes más pequeños permitan a los productores recoger el aceite usado en cubetas o bidones, siempre y cuando el productor proporcione cubetas a cambio. Averigua cuándo se va a cambiar el aceite de la freidora y, si es posible, recógelo mientras aún esté caliente. Para conseguir el mejor aceite, habla con el dueño del restaurante y, lo que es más importante, con el jefe de cocina, e infórmales sobre el proyecto y los requisitos del aceite. La mayoría de los dueños de restaurantes estarán encantados de trabajar con productores que sean responsables y no ensucien. No tomes aceite de los contenedores de grasa que se encuentran en la parte trasera de un restaurante. El aceite podría contener exceso de agua y ser de mala calidad. Tomar aceite también podría constituir un robo. Consulta con los gobiernos estatales y locales sobre cualquier permiso necesario, ya que algunas jurisdicciones imponen multas por la eliminación inadecuada de aceites usados.

Cómo preparar tu primer lote de biodiésel

Existen muchas técnicas para producir biodiésel en lotes que van desde 1 taza hasta 90 galones. Hay muchos kits disponibles a la venta en línea, así como planos para hacerlo tú mismo. Consulta la sección «Recursos adicionales» para ver los enlaces. Independientemente de la escala de la operación, se aplican los mismos seis pasos básicos.

1) Obtener aceite
Existen muchas fuentes de aceite, entre ellas el cultivo de semillas oleaginosas y la recolección de aceite de desecho. Hay algunas reglas básicas que se aplican independientemente de la fuente. El aceite debe estar relativamente libre de sólidos y agua. Si se recolecta aceite de cocina usado, es recomendable trabajar con establecimientos que cambien su aceite con regularidad. Esto significa al menos una vez a la semana, dependiendo de la cantidad utilizada. La calidad del aceite también es importante. Se prefiere el aceite de soya o de canola porque los aceites tropicales y las grasas animales requieren más productos químicos y producen un biodiésel final con una temperatura de gelificación más alta.

2) Analiza el aceite
El aceite vegetal residual contiene ácidos grasos libres (AGL), y la cantidad de estos en el aceite es muy importante porque determina la calidad y la cantidad del combustible producido, así como la cantidad de productos químicos necesarios y el costo por galón. La titulación es una técnica sencilla que se utiliza para determinar la cantidad de ácidos grasos libres en el aceite. Cuando utilices aceite residual, trata de usar aceite con un valor de titulación de cinco o menos. La titulación también se aborda más adelante en esta publicación.

3) Procesar el aceite
La reacción entre el aceite y la mezcla de metanol y catalizador, conocida como metóxido, puede llevarse a cabo en un recipiente de cualquier tamaño, pero este debe ser resistente a la naturaleza corrosiva del aceite y de los químicos involucrados. A pequeña escala, un vaso de precipitados de vidrio, un frasco o una botella de plástico de 1 litro suelen ser recipientes de laboratorio seguros. Consulte la sección «Elaboración de un lote de biodiésel en el laboratorio» de esta publicación para obtener más información sobre cómo producir biodiésel en una botella de plástico de 1 litro. En algunas publicaciones antiguas se menciona la mezcla de biodiésel en una licuadora. NO utilices una licuadora para mezclar un lote pequeño de biodiésel. Los reactivos disuelven las juntas de hule, lo que provoca fugas. Además, la mezcla violenta puede causar salpicaduras de sustancias químicas cáusticas. A mayor escala, un recipiente cerrado de acero es la opción más segura. Consulta la sección sobre procesadores por lotes para obtener más información.

4) Eliminar el glicerol
Tras la reacción, el glicerol, que es un subproducto, se depositará en el fondo del recipiente. Este glicerol debe eliminarse antes de poder utilizar el biodiésel. La mayoría de los reactores de mayor tamaño cuentan con un drenaje en el fondo del recipiente que permite eliminar este subproducto más denso. En un entorno de laboratorio, el biodiésel puede verterse o extraerse con una pipeta o una jeringa de cocina.

5) Lavar y secar el biodiésel
Incluso después de que la reacción haya tenido lugar y se haya eliminado el subproducto, el biodiésel puede contener impurezas, como jabones y residuos de glicerol, metanol y lejía. Al hacer pasar una pequeña cantidad de agua a través del biodiésel, se eliminan las impurezas y se detiene cualquier reacción química restante.

6) Deseche el glicerol
Es fundamental desechar adecuadamente este subproducto. El glicerol contiene metanol y catalizador no consumidos, que pueden filtrarse a las aguas subterráneas. Consulte la sección titulada «Recuperación de metanol» para obtener más información sobre este proceso.

Cómo realizar una titulación

Como se indica en el recuadro anterior, la titulación es una técnica de laboratorio sencilla que se utiliza para determinar el nivel de ácidos grasos libres en el aceite usado, así como la cantidad de sustancias químicas reactivas que necesitarás para procesar completamente tu materia prima. Sigue estas instrucciones para determinar la cantidad adecuada de catalizador antes de preparar cada lote de biodiésel a partir de aceite residual.

Materiales

1) Una botella de alcohol isopropílico. En Estados Unidos, el producto «Iso-HEET Premium Fuel System Dryer & Antifreeze», que viene en una botella roja de 12 onzas líquidas, se puede encontrar en tiendas de repuestos para autos y contiene aproximadamente un 100 por ciento de alcohol isopropílico. El alcohol isopropílico también se puede adquirir en farmacias.

2) Una botella de fenolftaleína (preferiblemente) o rojo de fenol. La fenolftaleína se puede encontrar en tiendas especializadas en jacuzzis y en tiendas de artículos para el hogar.

3) Un litro de catalizador al 0,1 % en agua destilada

Es importante medir el catalizador con mucha precisión. Las cantidades exactas son 1 gramo de catalizador (hidróxido de sodio o hidróxido de potasio) disuelto en 1 litro de agua destilada.

A falta de una balanza capaz de pesar cantidades pequeñas, una forma de lograr mediciones precisas es pesar 10 gramos de catalizador y disolverlo en 1 litro de agua destilada. Ahora toma 100 mililitros de esta agua y mézclalos con 900 mililitros de agua destilada. Ahora tienes 1 gramo de catalizador en 1 litro de agua destilada. Un farmacéutico local o el departamento de ciencias de una escuela secundaria también pueden realizar la medición. La solución sobrante se puede guardar en un recipiente sellado para futuros lotes de prueba. Recuerda que el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio son muy cáusticos y que incluso una cantidad muy pequeña puede quemar la piel.

Equipo

1) Un frasco de mermelada de 1 taza u otro recipiente de vidrio similar

Recuerda que nunca debes usar recipientes que hayan servido para la producción de biodiésel en la preparación de alimentos.

2) Dos jeringas de 1 mililitro con graduaciones marcadas en el costado

Ten en cuenta que una jeringa es para el aceite y la otra para la mezcla de lejía y agua. Usa siempre el mismo gotero para el mismo producto químico; no los confundas.

3) Lentes de seguridad y guantes de hule o nitrilo

Procedimiento

1) Vierte 10 mililitros de alcohol isopropílico a temperatura ambiente en el frasco de mermelada de 1 taza.

2) Agrega 2 o 3 gotas de fenolftaleína al alcohol.

3) Con uno de los cuentagotas, agrega la solución al 0.1 por ciento gota a gota hasta que el alcohol comience a ponerse rojo. Revuelve el alcohol mientras vas agregando la solución al 0.1 por ciento.

4) Con el otro cuentagotas, agrega exactamente 1 mililitro del aceite que se va a valorar. Ahora, llena el cuentagotas con 10 mililitros de solución al 0,1 por ciento. Comienza a verter esta solución en la mezcla hasta que se mantenga de color rosa durante al menos 20 segundos.

5) Anota cuántos mililitros de solución al 0.1 por ciento se necesitan para que el líquido se vuelva rojo y se mantenga así. La cantidad de mililitros de solución al 0.1 por ciento que se requiere es igual a la cantidad de gramos adicionales de catalizador puro que se necesitan para producir las reacciones adecuadas que permiten fabricar biodiésel. Por ejemplo, si se necesitan 3 mililitros de solución al 0,1 % para que la mezcla de aceite y alcohol isopropílico se vuelva alcalina, agrega 3 gramos de catalizador a los 3,5 gramos de hidróxido de sodio o a los 4 gramos de hidróxido de potasio que se requieren para el aceite nuevo, lo que da un total de 6,5 gramos de hidróxido de sodio o 7 gramos de hidróxido de potasio.

Cómo elegir una escala de producción

Después de probar un lote en una mesa de laboratorio, elige un sistema de producción que se adapte al espacio disponible, a la materia prima disponible y a las necesidades de combustible. La mezcla por lotes se puede realizar en diversas escalas, y hay varios diseños de sistemas que debes considerar. Los lotes de 10 galones o menos se pueden mezclar con agitación suave o con un mezclador de pintura. Es un proceso sencillo y económico, pero este tipo de mezcla con paletas puede dejar material sin reaccionar y dar lugar a un combustible de menor calidad. Mezclar en un recipiente abierto puede provocar salpicaduras de sustancias químicas y la liberación de vapores de metanol peligrosos e inflamables. La mayoría de los sistemas de producción a pequeña escala más populares que se utilizan actualmente tienen una capacidad de entre 30 y 50 galones y utilizan bombas de circulación para garantizar una mezcla uniforme en un recipiente cerrado.

Aunque la construcción de un mezclador de pequeña escala o un mezclador de paletas rudimentario pueda resultar económica, recuerda que se aplican las economías de escala. Puede llevar el mismo tiempo producir 10 como 30 galones de biodiesel. Comprar productos químicos a granel y mezclar los lotes en un reactor seguro y eficiente ahorra tiempo, dinero y dolores de cabeza a largo plazo.

Existen muchos diseños para construir un procesador y un sinfín de kits listos para usar disponibles. Un análisis detallado del diseño y la construcción de procesadores excede el alcance de esta publicación, pero se puede encontrar más información en la sección «Recursos adicionales».

Cómo preparar una tanda de biodiésel en casa

En el pasado, muchos entusiastas del biodiésel preparaban lotes de prueba con una licuadora de cocina. Te recomendamos encarecidamente que NO prepares biodiésel en una licuadora. La alta velocidad de funcionamiento puede provocar salpicaduras de sustancias químicas cáusticas, y las piezas de hule y plástico pueden degradarse y presentar fugas. El método más sencillo y seguro para preparar un lote pequeño de biodiésel es el creado por los usuarios de www.biodieselcommunity.org. Conocido como la «técnica del Dr. Pepper», utiliza una botella de refresco de plástico de 2 litros como recipiente de mezcla sellado para mezclar de manera segura un lote pequeño. A continuación se presenta la adaptación que el autor ha hecho de este método.

Antes de comenzar con este proceso o de intentar cualquier proceso de elaboración de biodiésel en casa, por favor, consulta todos los riesgos y las precauciones de seguridad que se mencionan en esta publicación, así como en los artículos que se enumeran en la sección «Recursos adicionales».

Antes de empezar, asegúrate de tener todo el equipo y los materiales que necesitas para preparar una tanda.

Fotografías de Ericka Dana.

Materiales

Antes de empezar, asegúrate de tener todo el equipo y los materiales
que necesitas para preparar un lote.

• 1 litro de aceite vegetal (para cocinar) nuevo
• Catalizador: hidróxido de sodio o hidróxido de potasio
• El metanol, que se vende comúnmente como tratamiento para el sistema de combustible HEET en una botella amarilla. NO utilices Iso-HEET, que viene en una botella roja; se trata de alcohol isopropílico.

Equipo

• Botella de refresco limpia y seca de 2 litros
• Vaso medidor o vaso de medida graduado
• Escala
• Frasco de vidrio para mezclar el metanol y el catalizador con el fin de producir metóxido
• Embudo
• Guantes de hule
• Lentes de seguridad

Mezclar el metóxido es el paso potencialmente más peligroso del proceso de producción de biodiésel. Asegúrate de mezclar el metanol y el catalizador en un frasco de vidrio limpio con una tapa que cierre bien. NO mezcles en un recipiente de plástico, ya que este podría disolverse. Realiza la mezcla en un área bien ventilada, ya que los vapores de metanol son tóxicos.

Mide 4 gramos de hidróxido de sodio o 5,6 gramos de hidróxido de potasio con tu balanza. Agrega el catalizador a tu frasco de vidrio limpio para mezclar.

Mide 250 mililitros de metanol, utilizando un vaso de precipitados graduado o una taza medidora. Agrega el metanol al frasco de vidrio para mezclar que contiene el catalizador.

Revuelve la mezcla de metóxido hasta que el catalizador se disuelva por completo. También puedes tapar el frasco con una tapa que cierre bien y mezclar el metóxido agitándolo o sacudiéndolo, pero ten mucho cuidado de que la tapa esté bien enroscada y no tenga fugas. El catalizador tardará unos minutos en disolverse por completo, así que ten paciencia. La mezcla genera calor a medida que se produce la reacción química y el frasco se sentirá tibio. Esto es normal.

Mide 1 litro de aceite y usa el embudo para verterlo en la botella de refresco de 2 litros. Obtendrás una mejor reacción si el aceite está tibio. Lo ideal es que esté a unos 140 grados Fahrenheit. Puedes calentar el aceite en una cacerola en la estufa o simplemente dejarlo al sol durante una hora. Si decides precalentar el aceite, ten mucho cuidado de que no supere los 140 grados.

Agrega la solución de metóxido al aceite. Usa un embudo y ten cuidado de no derramar nada. Si se derrama algo, limpia el material de inmediato con toallas de papel y desecha las toallas de papel contaminadas de manera segura.

Pon la tapa en la botella de refresco y agítala con fuerza durante unos 30 segundos. Deja que la mezcla se asiente y luego vuelve a agitarla durante unos 10 segundos cada 10 minutos; repite esto tres veces.

Deja reposar la botella durante una hora. La mezcla comenzará a aclararse casi de inmediato y se formará una capa de líquido más oscuro en el fondo de la botella.

La capa más oscura que se encuentra en el fondo de la botella es glicerol, un subproducto del proceso de transesterificación.

Ahora puedes drenar el glicerol quitando la tapa de la botella, tapando la boca abierta de la botella con el pulgar e invirtiendo la botella. Usa guantes. Deja que el glicerol se acumule en el cuello de la botella y luego usa el pulgar como válvula para drenar el líquido más oscuro hacia otro recipiente. Desecha el glicerol en el compost o úsalo como desengrasante. Lo que queda en la botella es biodiésel apto para su uso.

El procesador Appleseed

Durante los últimos años, muchos aficionados al «hágalo usted mismo» decidieron evitar los kits más caros del mercado y optaron por construir su propio procesador utilizando un calentador de agua eléctrico como reactor. Esta plataforma basada en un calentador de agua fue desarrollada por María Alovert, una productora casera de biodiésel. Alovert, o Girl Mark, como se la conoce comúnmente en los foros de biodiésel en Internet, se lanzó a recorrer el país en 2004 para compartir su diseño de código abierto a través de una serie de talleres. Debido a que Alovert difundió su diseño de la misma manera que el viverista Johnny Appleseed esparció semillas de manzano por Ohio, Indiana e Illinois, su diseño pasó a conocerse como el Appleseed. En la sección «Recursos adicionales» hay enlaces a los planos completos del Appleseed.

El diseño de Appleseed utiliza el tanque, las tuberías, el aislamiento, el termostato y el elemento calefactor existentes del calentador de agua como punto de partida para un diseño notablemente sencillo, confiable y económico. Aunque a menudo se puede conseguir un calentador de agua usado de forma gratuita, estos pueden ser problemáticos si tienen fugas o contienen grandes cantidades de óxido, sarro u otras impurezas. Se puede encontrar un calentador de agua eléctrico nuevo a la venta en tiendas de bricolaje por tan solo 200 dólares. Las piezas de plomería, las bombas y los componentes eléctricos necesarios para completar la unidad se pueden comprar por unos 150 dólares.

En este diseño, el aceite se bombea al tanque del calentador de agua y se calienta hasta alcanzar una temperatura constante de 130 grados Fahrenheit mediante el elemento calefactor y el termostato incorporados. Mientras se calienta, el metanol y el catalizador se mezclan previamente en un garrafón o jarra de polietileno de alta densidad (HDPE). El aceite circula desde el fondo del tanque hacia la parte superior, y el metóxido se introduce lentamente desde el garrafón a través de una manguera fija. Esto reduce considerablemente el riesgo de derrames de sustancias químicas y lesiones. Después de aproximadamente una hora de mezcla, se apaga la bomba de circulación y el glicerol se deposita en el fondo, de donde se puede drenar. A continuación, el biodiésel se puede bombear a otro tanque para su lavado y secado.

Una de las ventajas de este diseño es que, al utilizar una serie de válvulas de derivación, se puede emplear la misma bomba centrífuga de medio caballo de fuerza para llenar, mezclar y vaciar el reactor. Además, se trata de un diseño muy seguro, adecuado para la producción a pequeña escala.

En Internet se pueden encontrar muchas variaciones de este diseño de forma gratuita, así como diseños para innumerables complementos, como tanques de lavado con tubería vertical, sistemas de secado y sistemas de recuperación de metanol. Para el aficionado al bricolaje que quiera producir biodiésel de alta calidad con la menor inversión posible, el Appleseed es un buen diseño que vale la pena explorar.

Lavado de biodiésel

El biodiésel sin lavar no cumplirá con las normas de la ASTM, anteriormente conocida como la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales. Para obtener más información sobre las normas de la ASTM, así como sobre las pruebas y especificaciones para el biodiésel y otros combustibles diésel, consulta la sección «Recursos adicionales». Recuerda que los fabricantes de equipos y motores solo garantizan sus productos contra defectos de material y de fabricación. Los fabricantes de combustible asumen la responsabilidad por cualquier daño causado por el combustible. Lavar el biodiésel es fácil y solo requiere agua y tiempo.

¿Por qué se debe lavar el biodiésel?

El biodiésel producido mediante el proceso descrito anteriormente funcionará en algunos equipos de calefacción e iluminación y puede utilizarse como combustible para motores diésel. La mayoría de las impurezas se depositan en la capa de glicerol, incluyendo partículas no filtradas, metanol y glicerina. Algunas fuentes recomiendan el uso de biodiésel sin lavar, ya que el lavado del biodiésel es un proceso que requiere mucho tiempo. Sin embargo, una parte del alcohol, el catalizador y el jabón permanecen en suspensión en todo el biodiésel una vez completada la transesterificación. El agua presente en el biodiésel puede provocar el crecimiento de microorganismos a medida que el combustible se degrada. El metanol sin reaccionar en el biodiésel puede provocar incendios o explosiones y puede corroer los componentes del motor. El catalizador también puede dañar otros componentes del motor. Dado que el metanol y el catalizador son bases químicas, el biodiésel sin lavar es cáustico y puede dañar los componentes de los motores diésel. El jabón no es un combustible y reducirá la lubricidad del combustible, además de provocar la formación de costra en los inyectores y otros depósitos. En la escala de lotes pequeños descrita anteriormente, no es factible recuperar el metanol. Al producir cantidades significativas de biodiésel, se debe recuperar el metanol sin reaccionar, ya que esto representa un ahorro significativo de costos y el metanol es un contaminante en sí mismo.

Cómo lavar tu lote de prueba

Puedes lavar fácilmente tu lote de prueba de 1 litro agregando agua de manera lenta y cuidadosa a tu botella hasta que esté llena. Deja que el agua se asiente en el fondo y luego usa la misma técnica que utilizaste para eliminar el glicerol. Tapa la boca de la botella con el pulgar, voltea la botella, deja que el agua se asiente y luego vacíala usando el pulgar como válvula de escape. Usa guantes. Repite el proceso. Después del lavado, el biodiésel estará turbio y tendrá un aspecto similar al del jugo de naranja. Esto se debe al agua residual atrapada en el combustible. No utilices el combustible hasta que lo hayas dejado reposar sin tapa hasta que esté transparente. Así sabrás que el combustible está seco.

Técnicas de lavado

Existen varias técnicas comunes para lavar el biodiésel, entre ellas el lavado por agitación, el lavado por nebulización y el lavado por burbujas. El proceso de lavado del biodiésel consiste en mezclarlo con agua. El agua es más pesada que el biodiésel y absorbe el exceso de alcohol, catalizador y jabón suspendidos en el combustible. Después del lavado y la sedimentación, el agua y las impurezas que contiene pueden drenarse desde el fondo del recipiente. Por lo general, se necesitan varios ciclos de lavado. El agua que se drena primero del fondo del biodiésel tendrá un aspecto lechoso, mientras que el agua de lavado final que se drena estará clara. El exceso de catalizador en el biodiésel formará jabón al mezclarse con el agua, y el jabón tarda un tiempo en sedimentarse. Dependiendo del método utilizado, se necesita aproximadamente 1 galón de agua por cada 1 galón de biodiésel para un ciclo de lavado. La mezcla debe ser completa y el agua debe dispersarse por todo el biodiésel. El lavado por agitación consiste en revolver el biodiésel con agua, dejar que se asiente y drenarlo. El lavado por nebulización consiste en rociar una fina neblina de agua sobre la superficie del biodiésel. Pequeñas gotitas de agua caen a través del biodiésel y recogen las impurezas en su descenso. El lavado por burbujas se realiza colocando un burbujeador en una capa de agua debajo del biodiésel. Las burbujas que suben se recubren de agua, la cual recoge las impurezas a medida que el agua asciende y luego vuelve a descender a través del biodiésel.

Lavar una cantidad mayor de ropa

Construir un sistema básico de lavado es sencillo. Una opción es utilizar una boquilla nebulizadora similar a las que se usan en la sección de frutas y verduras de un supermercado. Con un bidón de 55 galones de boca abierta u otro recipiente con una válvula de drenaje conectada en la parte inferior, suspende la boquilla nebulizadora sobre el bidón y conéctala a un suministro de agua con una tubería rígida o una manguera de jardín. Llena el recipiente hasta aproximadamente la mitad con biodiésel; luego, abre el grifo y deja que la boquilla rocíe suavemente la superficie del biodiésel. En poco tiempo, el agua se depositará en el fondo y se eliminará a través de la válvula de drenaje. Para el lavado con burbujas, utiliza una bomba de aire para acuarios, una manguera y una piedra difusora. Para un tanque de lavado más grande, se puede usar un tubo perforado conectado a un compresor de aire. Agrega con cuidado aproximadamente un tercio de la cantidad de agua que tengas de biodiésel para lavar. Enciende la bomba de aire o el compresor y deja que las burbujas laven suavemente el biodiésel durante varias horas. Drena el agua lechosa y repite este proceso, dejando que la bomba de aire funcione por más tiempo durante cada ciclo de lavado, hasta que el agua permanezca clara. Si las burbujas hacen que se forme espuma, usa menos aire.

Secado del biodiésel lavado

Una vez lavado el biodiésel, debe secarse hasta que quede totalmente transparente. Esto puede hacerse dejando reposar el biodiésel sin tapar en un lugar soleado durante unos días, o bien calentándolo a aproximadamente 120 grados Fahrenheit durante unas horas. Otra técnica común consiste en hacer recircular el biodiésel desde el fondo del tanque de secado a través de un cabezal de ducha o un rociador suspendido sobre la parte superior del tanque abierto. Este mayor contacto con el aire secará el biodiésel en aproximadamente una hora, dependiendo de la humedad. El biodiésel que ha reaccionado, se ha lavado y se ha secado puede usarse en cualquier motor diésel. Debe tener un pH cercano a 7, es decir, químicamente neutro, y no debe contener metanol. Aunque las pruebas profesionales del combustible pueden ser prohibitivamente caras, se pueden comprar kits sencillos de prueba de combustible para uso doméstico a un precio razonable. Uno de estos kits, el Biodiesel pHLip Test, se puede encontrar en línea aquí.

Recuperación de metanol

Dado que gran parte del metanol utilizado en la transesterificación permanece en el subproducto después de la reacción, puede ser ventajoso recuperar el alcohol no utilizado por varias razones. En primer lugar, reutilizar el metanol recuperado puede suponer un ahorro considerable al producir grandes volúmenes de biodiésel. En segundo lugar, una vez que se elimina el alcohol, el subproducto glicerol se convierte en glicerina, un producto mucho más respetuoso con el medio ambiente y con innumerables usos.

La recuperación del metanol se puede lograr mediante el proceso de destilación, calentando el glicerol a una temperatura superior al punto de ebullición del metanol, que es de 148 grados Fahrenheit al nivel del mar. Esta temperatura es más baja si el proceso se lleva a cabo a una presión más baja. Conectar una bomba de vacío al tanque de destilación reduce el riesgo de explosión. A continuación, el metanol vaporizado debe pasar por un condensador, enfriarse y recuperarse en forma de líquido. Los investigadores y entusiastas del biodiésel están explorando actualmente varios sistemas; se pueden encontrar enlaces a más información en la sección «Recursos adicionales» de esta publicación. Varios sistemas de recuperación de metanol se basan nuevamente en un calentador de agua para proporcionar un tanque sellado y relativamente seguro donde calentar el glicerol, así como en condensadores automotrices o torres de enfriamiento caseras. Dado que el biodiésel elaborado con hidróxido de sodio produce un glicerol que se vuelve más sólido al enfriarse, es mejor usar hidróxido de potasio si se va a recuperar el metanol, o bien bombear el metanol con hidróxido de sodio directamente a la unidad de destilación mientras aún está caliente.

Eliminación del glicerol

Uno de los principales problemas que hay que abordar en la producción de biodiésel es la eliminación del glicerol, el subproducto de la producción de biodiésel que contiene metanol. Si bien el metanol presente en el glicerol puede biodegradarse hasta en un 97 por ciento en 72 horas, el glicerol que contiene metanol debe manejarse como un material peligroso. Sin embargo, existe un debate sobre el peligro real que representa el glicerol. Algunas personas utilizan pequeñas cantidades como supresor de polvo, desengrasante o herbicida. El glicerol se puede quemar en un quemador de aceite residual o agregarse a un biodigestor o a una pila de compost adecuada, donde se puede convertir de manera segura en fertilizante. El glicerol tiene aproximadamente el mismo valor alimenticio que el maíz y existen numerosos estudios universitarios que documentan su uso como suplemento alimenticio. Consulta las regulaciones locales antes de deshacerte del glicerol. NUNCA viertas glicerol en una zanja o curso de agua y NO lo viertas en desagües o inodoros, especialmente si tienes un sistema séptico.

Conclusión

Esta publicación pretende ser un punto de partida para la elaboración de biodiésel. No es una guía de referencia completa, por lo que te recomendamos que consultes toda la información adicional que se ofrece en la sección «Recursos adicionales». Una de las mejores formas de aprender a elaborar biodiésel es unirte a un club o grupo local dedicado a este tema. En muchas zonas se ofrecen cursos a través de clubes locales, institutos comunitarios y grupos de agricultores. Asegúrate de contar con la mayor cantidad de información posible antes de preparar tu primer lote, y recuerda siempre: LA SEGURIDAD ES LO PRIMERO.

Recursos adicionales

Cooperativas de biodiésel

Cooperativa de Biocombustibles de Piedmont

Colectivo de Biodiesel de Yoderville

Recursos web

Journey to Forever
Journey to Forever es una pequeña organización no gubernamental con sede en Japón que se dedica al desarrollo rural en el Tercer Mundo. El sitio web también ofrece mucha información sobre otras tecnologías apropiadas.

Clean Fuels Alliance America
El objetivo de esta organización es «conectar a los líderes de los sectores del biodiésel, el diésel renovable y los combustibles de aviación sostenibles para contribuir a ofrecer combustibles mejores y más limpios para las personas y el planeta».

Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Laboratorio Nacional de Energía Renovable
Este sitio ofrece recursos sobre la producción, el manejo y el uso del biodiésel; la calidad, la estabilidad y la compatibilidad del biodiésel; las emisiones del biodiésel; y las evaluaciones de flotas que utilizan biodiésel.

Normas y ensayos, composición química del biodiésel

Normas nacionales para el biodiésel: de Journey to Forever

Normas ASTM

Biodiésel: Conceptos básicos para la producción casera
Por Rich Dana, especialista en energía del NCAT
Publicado en junio de 2009, actualizado en mayo de 2012
© NCAT
IP263
Slot 205
Versión 062609

Esta publicación ha sido elaborada por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del USDA.