PRODUCIR BIODIESEL

Con este método no hace falta ningún instrumento especial. Un termómetro resulta útil, pero no es imprescindible medir el pH, aunque sí recomendable.
Es un proceso de dos etapas, la primera ácida y la segunda alcalina. Se basa en la gran concentración de ácidos grasos libres (AGL) de los aceites de cocina usados, pero se puede usar con cualquier aceite o grasa, ya sea de origen animal o vegetal, aunque no contenga muchos AGL.
Introducción
Para producir biodiesel de forma eficiente a partir de aceites usados hay que evitar un gran problema: la formación de jabón. El jabón se forma durante la transesterificación alcalina catalizada (la reacción que forma el biodiésel) cuando los iones de sodio se combinan con los ácidos grasos libres. El jabón perjudica el rendimiento del proceso porque une a los metilésteres con el agua formando emulsión. Esos ésteres unidos al jabón se pierden en la fase de lavado; es más difícil separar el biodiésel del agua y se gasta más agua. El proceso aquí explicado centra la atención sobre los ácidos grasos libres.

La primera etapa no es la transesterificación, sino la esterificación. El siguiente paso después de la esterificación es la transesterificación, pero en condiciones ácidas es mucho más lenta que en condiciones alcalinas y no se completa porque depende mucho más del equilibrio. La cantidad de metanol necesaria para que se completara la reacción encarecería mucho el precio del combustible, por eso es necesaria la etapa alcalina.

En la primera etapa se forma un compuesto a partir de un ácido y de un alcohol. El alcohol, como en otros procesos, es metanol, pero en vez de lejía (hidróxido de sodio) el catalizador es ácido sulfúrico ("ácido de batería"). El ácido debe tener una pureza del 95% (el de las baterías es de 50%). El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más comunes de la tierra, como la lejía. El ácido sulfúrico concentrado (a partir de 98%) es más caro; una pureza del 95% es suficiente si sigues bien las instrucciones. No puedes utilizar ningún otro ácido, tiene que ser sulfúrico. En la segunda etapa hace falta lejía, como de costumbre, pero sólo la mitad que en otros procesos.

El ión sulfato procedente del ácido sulfúrico se combina con el ión sodio procedente de la lejía en la segunda etapa para formar sulfato de sodio, que es una sal soluble en agua que se separa del biodiésel durante el lavado. En el biodiésel no queda nada de azufre.
Materiales
Para este método no hace falta un reactor especial. Es mejor que el recipiente se pueda tapar y que tenga un desagüe en el fondo. Los recipientes altos y estrechos son mejores que los anchos de poca profundidad. Mejor mezclar con una bomba que con un agitador mecánico. La bomba debe tomar líquido del fondo y verterlo en la superficie. Para un reactor de 35 litros se pueden usar una bomba de lavadora de 100 W y un calentador de inmersión de lavadora de 1,5 kW para calentar la mezcla (el calentador debe estar recubierto de acero inoxidable). Puedes comprar un termostato para controlar la temperatura, pero son caros; mide la temperatura con un termómetro y conecta el calentador cuando sea necesario.

Con el tiempo el ácido corroe el hierro y el acero común. A pesar de ello puedes utilizar un bidón típico de 200 litros (55 galones). La concentración del ácido en este proceso es muy pequeña. El bidón debería aguantar un año o más antes de que el deterioro sea preocupante. Yo tengo un bidón de polipropileno. Sirve cualquier plástico que no se deforme a 100º C (212º F) de temperatura. También sirve el acero inoxidable. En los recipientes de plástico hay que usar calentadores de inmersión. Los de de acero pueden ponerse sobre una llama de propano para calentar el aceite, pero hay que cambiar la llama por un calentador de inmersión antes de añadir el metanol.
Lotes de prueba
Para ensayar un nuevo método siempre es buena idea hacer pequeños lotes de prueba de un litro o menos para familiarizarte con el proceso antes de arriesgarte con cantidades mayores. Para estas pruebas suelen emplearse recipientes de cocina, ¡pero no los uses para la comida nunca más!

El proceso
1. Filtra el aceite.

2. Si el aceite contiene agua la reacción no se desarrolla correctamente. Hay dos formas de separar el agua:

(a) Dejar que el agua se deposite en el fondo: Este método ahorra energía. Calienta el aceite hasta 60º C (140º F), mantén la temperatura durante 15 minutos y deja que repose por lo menos 24 horas. No utilices más del 90% del contenido del recipiente porque el 10% que queda en el fondo es agua.

(b) Evaporar el agua: Este método no es recomendable porque hace falta más energía y se forman más ácidos grasos libres. Calienta el aceite hasta 100º C (212º F). El calor hace que el agua se hunda hasta el fondo. Drena el agua del fondo para evitar las burbujas de vapor, que luego estallan y salpican. Mantén la temperatura hasta que dejen de formarse burbujas.
Primera etapa
3. Mide el volumen de aceite y grasas que vas a procesar (preferiblemente en litros).

4. Calienta el aceite hasta 35º C (95º F); asegurate de que las grasas sólidas se funden y se mezclan con el aceite.

5. Metanol: Solo sirve si tiene una pureza del 99% o más. La cantidad debe ser de 0,08 litros de metanol por cada litro de aceite/grasas (8% en volumen). Pon el metanol con el aceite caliente.

6. Bate durante cinco minutos. La mezcla se volverá turbia porque el metanol es una substancia polar y el aceite es apolar. Se forma una emulsión.

7. Por cada litro de aceite añade 1 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) con una concentración del 95%. Puedes usar un cuentagotas graduado, una jeringa graduada o una pipeta. ¡TEN CUIDADO cuando manipules ácido sulfúrico!

8. Mezcla despacio y con cuidado, sin salpicar y manteniendo la temperatura a 35º C. La velocidad del agitador no debe sobrepasar las 500 ó 600 rpm. La velocidad exacta no importa, lo importante es que no salpique.

9. Mantén la temperatura a 35º C durante una hora y luego deja de calentar, pero no de agitar.

10. Continúa agitando durante otra hora (dos horas en total, durante la primera hora se calienta y se agita, durante la segunda sólo se agita). Deja que repose toda la noche(mínimo ocho horas).
11. Mientras tanto prepara el metóxido de sodio: mide 0,12 litros de metanol por cada litro de aceite/grasas (12% en volumen) y 3,1 gramos de NaOH por cada litro de aceite/grasas (3,5 gramos si dudas de la pureza del NaOH). Echa el NAOH en el metanol y revuelve hasta que se disuelva completamente.

El metóxido de sodio es PELIGROSO. Toma todas las precauciones cuando manipules metanol, lejía o metóxido de sodio. Ponte gafas protectoras, guantes y ropa gruesa que te cubra todo el cuerpo. Ten cerca agua corriente.

NOTA: Este proceso necesita sólo la mitad de la cantidad normal de lejía porque hay menos grasas que transesterificar. Debes usar NaOH con una pureza del 99% o más. Después de abrir el bote de la lejía ciérralo lo antes posible para que no absorba humedad. mide la cantidad con cuidado; un exceso de lejía complicará el proceso de lavado.

12. Después de ocho horas de reposo, o la mañana siguiente, vierte la mitad del metóxido en la mezcla y agita durante cinco minutos. Esto neutraliza el ácido sulfúrico y ayuda a que se produzca la catálisis alcalina. Si has utilizado grasa sólida, probablemente se haya solidificado durante el reposo; primero tendrás que derretirla un poco.

Ahora puedes continuar con el proceso normal en la segunda etapa.
Segunda etapa
Esta es la etapa alcalina.

13. Calienta la mezcla hasta 55º C y mantén esta temperatura hasta el final.

14. Añade el resto del metóxido de sodio y agita despacio como antes, no más de 500 ó 600 rpm.

TEN CUIDADO cuando manipules metóxido de sodio, ¡toma todas las precauciones!

15. Opcional: Si tu reactor lo permite, empieza a sacar la glicerina del fondo 20 ó 25 minutos después del comienzo de la etapa alcalina. Si es necesario deja de batir durante unos minutos para que la glicerina se hunda. drénala cada diez minutos. Ten cuidado, está bastante caliente y es corrosiva. mira también el paso 18.

16. En todos los casos: Toma muestras cada cierto tiempo en un recipiente de cristal de 1" ó 1,5" de diámetro. El color de la muestra debe ser amarillo pajizo, que es el color del biodiésel. La glicerina (marrón y viscosa) se hundirá hasta el fondo del recipiente. Cuando tenga ese color (suele tardar entre 1,5 y 2,5 horas) deja de calentar y de batir. Para ver el color, en vez de tomar muestras puedes poner un tubo transparente en la salida de la bomba.

17. Deja que repose durante una hora.

18. Opcional: para que el lavado sea más fácil saca la glicerina, mide el 25% del total de glicerina (el total incluye la que sacaste antes si seguiste el paso 15) y mezcla ese 25% con 10 ml de ácido fosfórico al 10% (H3PO4) por cada litro de aceite procesado. La mezcla puede hacerse con una cuchara de madera en un recipiente de plástico. Echa la glicerina acidificada en el reactor y remueve durante veinte minutos, sin calentar. Deja que sedimente al menos seis horas y luego saca toda la glicerina.

TERMINADO. En la etapa ácida los ácidos grasos libres son esterificados y algunos triglicéridos son transesterificados. En la etapa alcalina sólo hay transesterificación, pero es mucho más rápida y completa.
Lavado
19. El lavado con burbujas que se describe aquí ya no se considera un buen método de lavado, es mejor el lavado por agitación. Consulta: Lavado. Con el proceso ácido-base no es necesario controlar el pH durante el lavado (no es imprescindible, pero sí recomendable). Pon un poco de ácido fosfórico al 10% (H3PO4) en el agua (10 ml por galón), solo para asegurarte de que no queda lejía.

Si quieres asegurarte de que el producto final tiene un pH adecuado mídelo con papel tornasol. El pH del biodiésel debe ser neutro (pH7), o casi neutro.

20. El volumen de agua debe ser 1/3 del volumen de biodiésel que va a ser lavado. El agua y el biodiésel deben estar a la misma temperatura, a temperatura ambiente. Ponlos en un recipiente con un aireador de acuario y un difusor de burbujas. El burbujeo debe mantenerse como mínimo durante 24 horas, y luego media hora más de reposo (sin burbujas) para que el agua se hunda hasta el fondo. El agua queda blanca y el combustible con un color más claro que antes. Drena el agua y repite el lavado otras dos veces. Cuando termines de lavarlo cámbialo a otro recipiente cuidando de que toda el agua quede en el primer recipiente. Consulta: Lavado.

21. No se puede usar hasta que esté totalmente cristalino, después de tres semanas de reposo. Coge una muestra en un tarro de mermelada y ponlo en la ventana para ver cómo se clarifica con el paso de los días. Puede usarse antes si se calienta hasta 45º C (113º F); cuando se enfría las impurezas se hunden hasta el fondo.

NOTA: Durante el reposo se forma un sedimento en el fondo ¡Que no entre en el depósito del coche!
Preguntas sobre la etapa ácida
Puede que te hayas hecho la siguiente pregunta: ¿por qué no mezclar el metanol con el ácido sulfúrico concentrado antes de echarlos en el aceite? Hay dos motivos: (a) La reacción entre el metanol y el H2SO4 concentrado es violenta y podría salpicarte; eso no ocurrrirá si los mezclas como se describe aquí. (b) Podría formarse dimetil éter. Mezclar alcoholes con H2SO4 concentrado es una manera de secar los alcoholes, eso es bueno, y también es una manera de formar dialcohol éteres, y eso no es bueno. El dimetil éter es un gas incoloro y muy explosivo.
Preguntas sobre la etapa alcalina
El producto de la segunda etapa es bastante oscuro, pero no importa porque después se lava.

Después de que la mezcla se vuelva de color amarillo pajizo (paso 16), deja que repose durante una hora y separa la glicerina. La cantidad total debe ser aproximadamente de 120 ml de glicerina por cada litro de aceite/grasas. Si esa cantidad es menor de 100 ml por litro de aceite es porque algo ha salido mal, aunque el color sea correcto. La reacción no se ha completado.

La causa es casi siempre que la lejía está carbonatada. La lejía dura muy poco si no se almacena correctamente: el CO2 del aire la neutraliza formando carbonato de sodio. La lejía carbonatada es mucho más blanca que la lejía pura, que es casi transparente. El carbonato no perjudica la reacción, pero hay que aumentar la cantidad de lejía.

La solución: Repetir el procedimiento a partir del paso 13. Prepara un nuevo lote de metóxido con 0,03 litros de metanol y 0,75 gramos de lejía por cada litro de aceite/grasas. Vuelve a calentar el biodiésel a 55º C , añade el nuevo metóxido y mezcla como hiciste antes. Esta vez no es necesario separar la glicerina durante el proceso (paso 15), y no te preocupes por el color. Mezcla durante una hora, deja que repose, extrae la glicerina y continúa con el paso 18.

Para seguir usando la lejía carbonatada tienes que poner un 25% más que la cantidad normal. Conservala a temperatura ambiente, en un lugar seco, si es posible. El recipiente debe estar cerrado herméticamente.
Recuperación de metanol (opcional)
Para ahorrar se puede reciclar el metanol que queda sin reaccionar. También los principiantes pueden intentarlo. Hay dos formas de hacerlo: extracción por calentamiento y extracción por aspiración y calentamiento.

Extracción por calentamiento
Después de la segunda etapa calienta la mezcla hasta 70º C en un recipiente cerrado y haz que el vapor de metanol pase por un condensador. Ten muchísimo cuidado porque el metanol se inflama con mucha facilidad y su vapor es explosivo. Debes aumentar la temperatura según disminuye la cantidad de metanol en la mezcla.

Extracción por aspiración y calentamiento
Es parecida a la extracción por calentamiento, pero necesita menos energía. El inconveniente es que hacen falta un recipiente y un equipamiento especiales. Un buen ejemplo es el reactor de Dale Scroggins:
http://home.swbell.net/scrof/Biod_Proc.html

Cuando construyas tu reactor es mejor que no lo hagas todo a la vez. Construye el reactor y aprende bien cómo se realiza el proceso. Después podrás mejorarlo para reutilizar el metanol.

Se puede reutilizar por lo menos la cuarta parte del metanol; por ejemplo, 50 ml (o más) por cada litro de aceite/grasas. Mézclalo con metanol nuevo para preparar el siguiente lote de metóxido.
Calidad
Los motores diesel necesitan combustible de buena calidad. No puedes llenar el depósito con biodiésel de mala calidad y esperar que el motor siga funcionando sin problemas. Tienes tres enemigos muy peligrosos: la glicerina, los aceites y grasas parcialmente convertidos (monoglicéridos y diglicéridos) y la lejía. La glicerina, los monoglicéridos, y los diglicéridos forman una pasta pegajosa en los inyectores y en las válvulas, y la lejía puede dañar la bomba de inyección. La clave para conseguir un buen combustible es hacerlo todo bien desde el principio hasta el final. Utiliza productos puros (H2SO4, NaOH, metanol), mídelos con precisión, y sigue las instrucciones meticulosamente. Así evitarás las conversiones parciales. Un buen lavado se lleva toda la glicerina y neutraliza los restos de lejía.

También hay kits para realizar controles de calidad. Uno de los visitantes de nuestra web me contó que en la industria del motor hay un test para detectar la presencia de glicol en el aceite de motor. También debería funcionar con la glicerina.

"Para detectar glicerina te aconsejo los kits de detección de glicol de etileno en el aceite de motor. Es un test sencillo que se vuelve morado en presencia de glicerol. El Glicol y el glicerol dan el mismo resultado en este test."

El papel para cromatografía y para cromatografía en capa fina sirven para averiguar la razón de conversión, y la valoración detecta restos de lejía.Este método ha sido utilizado para producir muchos miles de litros de biodiésel de gran calidad a partir de todo tipo de aceites. Muchos productores caseros lo han adoptado como su método habitual.
En dos análisis profesionales, hace dos años, el biodiésel casero producido con este método obtuvo la conformidad con el estándar alemán DIN 51606. Eso quiere decir que utilizar este combustible no anula la garantía de reparación que da la marca VW con todos sus vehículos producidos a partir de 1996. Siguiendo las instrucciones al pie de la letra se puede producir combustible que cumpla con las normas DIN y ASTM. Consulta National standards for biodiesel


ADVERTENCIA
El ácido sulfúrico es PELIGROSO. Toma todas las precauciones, ponte gafas protectoras, guantes y un delantal. Ten cerca agua corriente. ¡Y no respires los vapores!
Si se te acaba el ácido sulfúrico NUNCA lo sustituyas por ácido nítrico. Podría formarse una pequeña cantidad de nitroglicerina; incluso una cantidad muy pequeña puede causar accidentes terribles.
El metanol puede producir ceguera y la muerte; es absorbido através de la piel. El hidróxido de sodio puede producir quemaduras graves y la muerte. Juntos forman metóxido de sodio, que es extremadamente corrosivo. Son productos peligrosos. ¡Trátalos con cuidado! Ten siempre cerca agua corriente cuando los manipules. El lugar de trabajo debe estar bien ventilado. Asegúrate de que no haya cerca niños ni mascotas. Ponte gafas protectoras, guantes y un delantal. No respires lo gases. Consulta Seguridad Para obtener más información.
Metóxido,el método sencillo
La mezcla de la lejía con el metanol produce una reacción exotérmica, que desprende calor. Es peligroso y difícil de mezclar, y la mezcla tiene que completarse totalmente antes de poder usarla; toda la lejía tiene que estar disuelta. Esta es una manera sencilla y segura de hacerlo. El problema es que hay que hacerlo con mucho tiempo de adelanto, pero es fácil calcular los tiempos.
¡TOMA TODAS LAS PRECAUCIONES cuando manipules metanol, lejía o metóxido de sodio!
Utiliza un recipiente resistente y denso, hecho de HDPE (polietileno de gran densidad), normalmente marcado en el fondo con la marca internacional "2" dentro de un triángulo. Debe tener una tapa que se ajuste a presión y otra tapa que se enrrosque encima. Pon dentro el metanol y añade después la lejía. Si estás usando cantidades grandes es mejor que no eches toda la lejía de una vez, sino poco a poco, agitando el recipiente cada vez que añadas lejía (primero cierralo bien). Después de echarla toda vuelve a tapar y agita durante unos segundos. Hazlo unas cuantas veces más, cada pocas horas (al menos entre cuatro y seis veces en total). Se disolverá totalmente en 24 horas, o un poco más.
En la producción de biodiésel la proporción lejía/metanol es pequeña, particularmente con el método infalible. Si por algún motivo tuvieras que usar una proporción de lejía mucho mayor, no mezcles el metóxido de esta manera.