FECOPROD INBIO
Informe de resultados obtenidos en el centro de investigación de materias primas con potencialidad para la producción, desarrollo y control de calidad de biodiesel
BIODIESEL
Materias primas
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BIODIESEL Materias primas
BIODIESEL Materias primas Informe de resultados obtenidos en el centro de investigación de materias primas con potencialidad para la producción, desarrollo y control de calidad de biodiesel
Agosto, 2011 Esta investigación ha sido realizada por el Analista Industrial Eugenio Ortiz, el Ing. Luis Servín y el Ing. Ramón Fariña de la Federación de Cooperativas de Producción (Fecoprod). Este documento ha sido editado por Melisa Martínez y diseñado por Manuel González. Las fotografías corresponden al archivo del “Proyecto para la Instalación de un Centro de Investigación de materias primas con potencialidad para la producción, desarrollo y control de calidad de Biodiesel”.
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Contenido
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ANTECEDENTES
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BREVE PANORAMA DEL BIODIESEL A NIVEL REGIONAL Y NACIONAL
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1.1 Reseña del proyecto de biodiesel FECOPROD 3
BIODIESEL: CONCEPTOS Y CARACTERIZACIÓN
3.1 Definición
3.2 Proceso químico de producción
3.3 Ventajas del biodiesel en comparación al gasoil
3.4 Biodiesel y sus mezclas
4
ESTÁNDARES Y NORMAS DE CALIDAD DEL BIODIESEL
4.1 Controles y cuidados que aseguran la calidad del biodiesel
4.2 Identificación de los procesos analíticos y sus respectivos estándares de calidad 5
6
MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
MATERIALES Y MÉTODO UTILIZADOS PARA LA SELECCIÓN Y ANÁLISIS
6.1 Criterios aplicados para la selección de las oleaginosas en el proyecto 6.2 Metodología 7
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DETERMINACIONES Y MÉTODOS UTILIZADOS EN EL ANÁLISIS FÍSICO - QUÍMICO
RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO – QUÍMICOS
8.1 Resultados obtenidos de los aceites
8.2 Factores que afectan a la calidad del aceite
8.3 Resultado de los análisis químicos de los granos
8.4 Resultados de los análisis parciales de las diferentes muestras de biodiesel
8.5 Resultados comparativos entre las diferentes muestras de biodiesel y la NP 16.018.05 9
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CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
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18 20
20
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26 28 28
32
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47 48
50 51
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Antecedentes
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El presente estudio se realiza en el marco del “Proyecto para la Instalación de un Centro de Investigación de materias primas con potencialidad para la producción, desarrollo y control de calidad de biodiesel”, impulsado por la Federación de Cooperativas de Producción (Fecoprod) y el Instituto de Biotecnología (INBIO).
Es bien sabida la importancia del consumo y la alta incidencia del diesel en el costo de producción de los distintos cultivos agrícolas mecanizados.
Parcela experimental de Cetapar.
En principio, una parte de este consumo podría ser sustituido por biodiesel, generando así un enorme beneficio no solo económico, sino también social y ambiental.
El objetivo específico de este trabajo es presentar los primeros resultados de los análisis
físico – químicos realizados, tanto de aceites y granos, como de distintas muestras de biodiesel, proporcionadas por socios de las cooperativas y empresas aliadas. 1.1 Reseña del proyecto de biodiesel Fecoprod El marco legal para la producción de los biocombustibles ya se encuentra establecido tanto en la Ley N° 2.748 De Fomento De Los Biocombustibles y en el Decreto N° 7.412, donde se establecen las especificaciones técnicas que debe cumplir el biodiesel.
Sin embargo, en nuestro país aún no existe un laboratorio con la capacidad de certificar la calidad del biodiesel, la cual está basada en la medición de valores físico-químicos como contenido de ester, viscosidad, punto de inflamación, número de cetano, entre muchos
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Realizar el balance del análisis del impacto ambiental, utilizando el biodiesel como fuente de origen renovable es bastante positivo, ya que generará externalidades tangibles que contribuyan a la mitigación de la pobreza como efecto de nuevas oportunidades de empleo e ingresos. otros factores.
Ante la importancia del beneficio económico que pudiera redituar al productor la sustitución de gasoil por biodiesel en la movilización de maquinarias para las distintas labores agrícolas nace este proyecto, cuyos objetivos más importantes son: •
Contar con un centro de investigación y análisis de materias primas de origen vegetal o animal que presenten potencialidad para la producción de biodiesel. Este laboratorio se encontrará ubicado en la región sureste del país. Así mismo, se constituirá finalmente como una institución con capacidad de certificar la calidad del mencionado producto, como bien lo establece la normativa vigente de nuestro país.
Impulsar entre las cooperativas asociadas a la Fecoprod, situadas en diferentes zonas de nuestro país, la instalación de parcelas experimentales con distintas especies de oleaginosas (tradicionales y no tradicionales) a fin de identificar las variedades que respondan mejor, en términos de costo/beneficio, a las
características de las diferentes regiones, de manera a cuantificar el aporte en términos de cantidad y calidad de aceite por hectárea de cada una de ellas.
Estructurar una red de captación y procesamiento permanente de la información generada a partir de las experiencias realizadas en cada una de estas parcelas demostrativas, creando una base de datos centralizada e informatizada, en el local del laboratorio.
Realizar ensayos sistemáticos en el Chaco Central del desempeño y viabilidad económica de las materias primas de origen animal.
Fomentar a mediano plazo la participación de profesionales de las diferentes cooperativas involucradas en el proyecto en cursos de especialización y post-grado en temas afines, para brindar sostenibilidad a la producción de oleaginosas en el largo plazo.
Mediante estos objetivos se pretende obtener como resultados principales: la instalación en nuestro país de un laboratorio que permita finalmente certificar la calidad del biodiesel, contar con profesionales especializados al frente del centro de investigación tecnológico para que los pequeños, medianos y grandes productores agrícolas cuenten con información para la toma de decisiones con vista a la producción de materia prima para la producción de biodiesel.
También se busca contar con parcelas experimentales, distribuidas en distintas zonas de nuestro país, instaladas por las cooperativas socias de la Fecoprod, con distintas especies que presenten potencialidad para la producción de aceite. Actualmente el laboratorio ya se encuentra instalado y en pleno funcionamiento en la Cooperativa Unión Curupayty (distrito de Santa Rosa, departamento de Alto Paraná). Así también ya existen parcelas experimentales establecidas en este mismo predio, otra en la Colonia Friesland (San Pedro), una más en Raúl Peña (Alto Paraná) y otra en Cooperativa Colonias Unidas (Itapúa).
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Breve panorama del biodiesel a nivel regional y nacional
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Durante la última década la producción de biodiesel fue tomando un impulso muy acelerado a nivel internacional, llegando incluso a los países sudamericanos, encabezados por Argentina, Brasil, Paraguay y en menor medida a Chile.
Este auge se fundamenta en argumentos relacionados con la posibilidad de reducir la contaminación ambiental, la necesidad de asegurar el suministro de productos energéticos ante las importantes subidas del precio del petróleo y la posible escasez del mismo, la contribución de la producción de biodiesel al desarrollo rural y al combate contra la pobreza por medio de la creación de empleo, atracción de inversiones y construcción de obras de infraestructura.
En América Latina y el Caribe este fuerte crecimiento puede explicarse por las ventajas comparativas que se observan en la región gracias a las grandes extensiones de tierras cultivables y la riqueza de recursos naturales. Sin embargo, en la actualidad a nivel regional este desarrollo se vió afectado principalmente por dos factores: a nivel externo, por la caída drástica de las expectativas de compra de biodiesel desde Europa; y a nivel interno, debido a la falta de legislación o trabas arancelarias en los países productores. Existe una gran posibilidad
Técnicos de Fecoprod visitando parcela experimental instalada en Colonias Unidas. de que la producción de energía desde fuentes renovable participe activamente dentro de la matriz energética nacional, pero es urgente una política decidida del Gobierno actual de impulsar la mezcla obligatoria como disponen las legislaciones vigentes.
Pese a estas circunstancias, la producción de biodiesel sigue siendo una oportunidad muy válida para ir sustituyendo la alta dependencia y consumo de combustibles fósiles, lograr la diversificación de la producción agrícola, generar mayor aprovechamiento de la misma, generar valor agregado, colaborar con el desarrollo territorial y la creación de fuentes de empleo.
En nuestro país, el Gobierno ha reconocido y declarado de interés público la producción de biocombustibles mediante un marco legal1 como forma de promocionar la fabricación de combustibles alterna-
tivos.
Muchas industrias y cooperativas, incentivadas por esta normativa, han realizado desde entonces enormes inversiones que generaron una capacidad instalada total de aproximadamente 47 millones de litros anuales de biodiesel.
Siendo el consumo del diesel en nuestro país alrededor de 1.200 millones de litros anuales y la obligatoriedad de la mezcla con biodiesel según la normativa vigente del 1% para el 2007, 3% para el 2008 y del 5% como mínimo2 para el 2009, estaríamos hablando de una demanda potencial de biodiesel mayor a 60 millones de litros actualmente.
Esto no es evidente en la práctica por la falta de cumplimiento de la referida ley y sus decretos reglamentarios. No obstante, en la actualidad existen experiencias alen-
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tadoras y muy positivas de varias industrias y cooperativas paraguayas que producen biodiesel a partir de las materias primas que cultivan (fuentes renovables) y otros a partir de los subproductos que generan (grasa animal), con el fin de satisfacer sus propias necesidades de combustibles, logrando con ello los beneficios y ventajas económicas de la sustitución parcial o total del gasoil y el mayor aprovechamiento de sus rubros y excedentes de producción.
Muchos de los productores, a través de la venta directa de la llamada torta (residuo sólido obtenido después del proceso físico llamado prensado o extracción del aceite), consiguen salvar los costos de la producción del biocombustible y obtener a la vez ganancias adicionales.
Por otro lado, han conseguido beneficios sociales al involu-
crar a pequeños agricultores en la cadena de producción, y beneficios ambientales al contribuir a la vez con menores niveles de contaminación. Falta mucho camino por re-
correr y descubrir en el ámbito de las bioenergías, incluso a nivel mundial, por lo que todo esfuerzo realizado en el área de investigación y desarrollo es de enorme contribución.
Ilustración 1: Consumo de Diesel y Demanda Potencial estimada de biodiesel en Paraguay Tipo de combustible Diesel (Año 2.010)
Total de Combustibles** Participación del Diesel
Mezclas de biodiesel***
Ventas en Lts.* 1.223.599.531 1.774.605.491 68.95%
Demanda potencial**** en Lts.
Al 1%
12.235.995
Al 20%
244.719.906
Al 3% Al 5%
Al 50%
36.707.986 61.179.977
611.799.766
Fuente: Elaboración propia en base a datos de la Dirección General de Combustibles del MIC. Referencias: * Ventas registradas de diesel del año 2010. ** Mercado Nacional de Combustibles Nafta y gasoil en general. *** Los porcentajes del 1% 3% y 5% son las establecidas en las Resoluciones N° 234/07 y N° 235/07. Resolución 326/09 estableciéndose la mezcla de 1 % como mínimo. ****Litros de combustible fósil que nuestro país dejaría de importar.
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Biodiesel: Conceptos y Caracterización
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BIODIESEL Materias primas El biodiesel es:
El biodiesel no es:
•
• •
• •
Producido a partir de grasas naturales o aceites mediante un proceso químico de transesterificación. Un compuesto de esteres metílicos o etílicos de ácidos grasos, refinado para eliminar todas las trazas de impurezas. Un combustible que debe cumplir con la norma ASTM3 D6751 “Especificación para el biodiesel (B100)”.
3.1 Definición
El biodiesel es un combustible elaborado a partir de aceites vegetales, grasa de animales o aceites comestibles reciclables. Es apto como sustituyente parcial o total del gasoil en motores diesel sin que resulten necesarias conversiones, ajustes o regulaciones especiales del motor. 3.2 Proceso químico de producción
El biodiesel se realiza mediante un proceso químico que convierte los aceites y grasas de origen natural en esteres metílicos de ácidos grasos (FAME)4.
Proceso de Transesterificación: La reacción química utilizada como proceso industrial en la producción de biodiesel es la transesterificación, y consiste en tres reacciones reversibles y consecutivas. El triglicérido es convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerina. En cada reacción un mol de éster metílico es liberado. Todo este proceso se lleva a cabo en un reactor y en posteriores fases de separación, purificación y estabilización.
• • •
El aceite vegetal en sí. Aceite vegetal diluído con solventes, es decir, combustible diesel o alcoholes. Aceite vegetal con “aditivos especiales” para hacer que funcione mejor. Aceite vegetal refinado a través de un proceso de refinería de petróleo convencional. Esteres metílicos de crudo que no han sido refinados o refinados mínimamente, a través de despolimerización térmica (diesel renovable).
Las tecnologías existentes pueden ser combinadas de diferentes maneras variando las condiciones del proceso y la alimentación de la misma. La elección de la tecnología se realiza en función a la capacidad deseada de producción, alimentación, calidad y recuperación del alcohol y del catalizador.
En general, plantas de menor capacidad y diferente calidad en la alimentación (utilización al mismo tiempo de aceites refinados y reciclados) suelen utilizar procesos Batch o discontinuos. Los procesos continuos, sin embargo, son más idóneos para plantas de mayor capacidad, las cuales justifican el mayor número de personal y requieren una alimentación
más uniforme.
En el proceso de elaboración del biodiesel pueden utilizarse indistintamente alcohol etílico (etanol) o alcohol metílico (metanol). También se pueden utilizar indistintamente hidróxido de sodio o de potasio. 3.3 Ventajas del biodiesel en comparación al gasoil
El biodiesel es utilizado como un sustituto para el combustible diesel de petróleo, o puede ser mezclado con éste en cualquier proporción. No requiere modificaciones para ser utilizado en un motor diesel. El biodiesel posee mayor nivel de lubricidad, con lo cual
Ilustración 3: Proceso químico de producción R - COO - CH2
(Catalización)
H2C - OH
R - COO - CH + 3R - COO - CH3
3R- COO- CH3 + HC -OH
R - COO - CH2
H2C - OH
Aceite Vegetal Metanol
Éster Metílico Glicerol
3. American Society for Testing and Material Standard. 4. FAME: Fatty Acid Methyl Ester (Ester Metílico de Ácidos Grasos = Otros tipos de Aceites y/o grasas vegetales y/o animales y/o sus mezclas).
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Ilustración 4: Proceso de transesterificación CH2 - O - CO -R1 CH - O - CO - R2
CH2 - O - CO -R1 +
CH3OH
CH3 - O - CO - R3
+
CH - O - CO - R2
CH - O - CO - R3
CH2 OH
Triglicéridos
Metanol
Éster Metílico
Diglicérido
CH2 - O - CO -R1 CH - O - CO - R2
CH2 - OH +
CH3OH
CH3 - O - CO - R1
+
CH - O - CO - R2
CH2 - OH
CH2 OH Metanol
Diglicéridos
Éster Metílico
Monoglicérido CH2 - OH
CH2 - OH CH - O - CO - R2
+
CH3OH
CH3 - O - CO - R2
+
CH - OH CH2 OH
CH2 - OH Monoglicérido
Metanol
Éster Metílico
Glicerina
Fuente: Biocarburantes Líquidos: Biodiesel y Bioetanol (VT miod) José Ángel García Laborda/Juan Manuel García Camús
se reducen los ruidos y se alarga la vida del motor. Así también posee mayor poder disolvente, lo que hace evita que se produzca carbonilla o se obstruyan los conductos, manteniendo limpio el motor.
En comparación con el diesel de petróleo el biodiesel reduce las emisiones de gases contaminantes, tiene menor toxicidad, es más seguro de manejar y es biodegradable. La calidad del biodiesel se rige por parámetros de calidad ASTM D 6751. 3.4 Biodiesel y sus mezclas
Los productos son clasificados de acuerdo al contenido
de biodiesel mezclado con el diesel del petróleo. La forma pura de biodiesel es especificada como B100.
En este trabajo se utiliza el término biodiesel para la forma pura (B100) y las mezclas entre biodiesel y el diesel se indicarán con la letra “B”, seguida de un número que indica el porcentaje de biodiesel presente en el diesel.
El biodiesel puede ser utilizado de diferentes maneras. Cuando las mezclas de biodiesel con el diesel son inferiores al 5%, se habla de un lubricante aditivo del diesel, por lo tanto dichas mezclas no son especificadas al consumidor final. Cuando las mezclas superan el 5% deben realizarse las especificaciones
correspondientes, dado que ya no son consideradas mezclas aditivas.
Es posible utilizar una mezcla con 20% de biodiesel y 80% de diesel (B20), aun utilizando motores fabricados originalmente para diesel. Inclusive, con dicha proporción de mezcla (B20) aún es posible utilizar los mismos tanques fabricados para almacenar el diesel.
Sin embargo, si se pretende utilizar el biodiesel en su forma pura B100 será necesario equipar adecuadamente el espacio físico para la comercialización mediante tanques, surtidores y motores desarrollados especialmente para el uso específico del mismo.
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Estándares y normas de calidad del biodiesel
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Ilustración 5: Normas de calidad europeas y americanas para la producción de biodiesel biodiesel
unidad
en 14214 / 14213
en 14214
en 14213
Método
Límites
Límites
Métodos
Límites
H
En 14112
>6
>4
En 14112
>3
<130
Propiedades Estabilidad a la oxidación
astm
Índice de lodo
g/l2/100g
En 14111
<120
Número de Ácido
m(Koh)/100g
En 14104
<5,0
ASTM D 664
<0,5
Contenido de Agua
mg/Kg
En ISO 12937
<500
ASTM D 2709
<500
Metales del Grupo 1 (Na+K)
mg/Kg
En 14108 / 14109
<5
En 14538
<5
Metales del Grupo II (Ca+Mg)
mg/Kg
En 14538
<5
En 14538
<5
Glicerol Total
%
En 14105
<0,25
ASTM D 6584
<0,24
Fuente: EN y ASTM
4.1 Controles y cuidados que aseguran la calidad del biodiesel Existen ciertas normas y procedimientos que deben realizarse para lograr un biodiesel seguro y limpio para el consumidor final. La existencia de impurezas, sal y agua pueden causar graves daños a los motores diesel así como también a los tanques que los contienen.
Se deben mantener limpias las instalaciones donde se encuentran los tanques de biodiesel, ya que el buen mantenimiento de los mismos asegura la entrega de un producto certificado y de calidad al consumidor. Los controles de existencia de agua en el fondo del tanque así como de impurezas deben realizarse periódicamente. Finalmente, para que el pro-
grama de producción y uso de biodiesel tenga credibilidad y confiabilidad, es necesario cumplir no solo con las especificaciones y normativas para el producto en sí, sino también, mantener el control y calidad en el almacenamiento, manipuleo y mezcla del biodiesel. 4.2 Identificación de los procesos analíticos y sus respectivos estándares de calidad
En el Paraguay, el organismo encargado de elaborar las normas y especificaciones técnicas es el Instituto Nacional de Tecnología, Normalización y Metrología (INTN). La Norma Paraguaya (NP) para la producción de biodiesel está basada en las Normas Europea (EN) y Norteamericana (ASTM). En la ilustración 5 se detallan
las determinaciones de calidad para el biodiesel B100, que deben realizarse antes de proceder a la mezcla con el diesel.
La norma europea es conocida como la más exigente en cuanto a la calidad del biodiesel, sin embargo no existen grandes diferencias entre las distintas normas. La principal distinción es la no fijación de los valores de algunas de las propiedades del combustible. Por ejemplo, se puede observar que la norma ASTM no establece valores de referencia para la estabilidad a la oxidación, el número de iodo y el contenido de metales alcalinos, comparada con la norma EN. Para la obtención de los valores físico - químicos del biodiesel especificados en las normas de calidad, existen métodos de ensayos dispuestos por EN, ASTM o NP.
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Técnicos de Fecoprod trabajando en la parcela experimental instalada en Friesland.
Ilustración 6: Norma Paraguaya de calidad del biodiesel: NP 16 018 05 Límites
Requisito
Unidad
Contenido de éster
% (m/m) 96,5
EN 14103
Densidad a 20 °C
g/ml
ASTM D 1298 //ASTM D 7042 ISO 3675 // ISO 12185
Viscosidad a 40 °C
mm2/s
3
Punto de inflamación
°C
100
Contenido de azufre
mg/kg
10
ASTM D 5453
Residuo carbonoso
g/100g
0,3
ASTM D 189, ASTM D 4530, ISO 10370
Mín.
Máx.
Reportar
Número de cetano
6,5
Métodos de Ensayo
ASTM D 445, ISO 3104 , IRAM-IAP A 6597 ASTM D 93//ISO/CD 3679
Reportar
ASTM D 613, ISO 5165
Cenizas sulfatadas
% (m/m)
0,05
ASTM D 874, ISO 3987
Contenido de agua
%(m/m)
0,080
ISO 12937 / ASTM D1533
Contenido de sedimento
ppm
24
ASTM D 2276
1
ASTM D 130, ISO 2160
Corrosión a la lámina de cobre (3 h a 50 °C) Estabilidad a la oxidación, a 110 °C
Horas
Índice de acidez
mg KOH/g
0,8
ASTM D 664, IRAM 6558, EN 14104
Contenido total de glicerina
% (m/m)
0,25
EN 14105// ASTM D 6584, Ver Anexo B5
Glicerina libre
% (m/m)
0,02
EN 14105 // EN 14106, ASTM D 6584, Ver Anexo C 5
Contenido de metanol o etanol libre
% (m/m)
0,2
EN 14110
Metales alcalinos ( Na + K )
mg/kg
5
EN 14538
Contenido de fósforo
mg/kg
10
ASTM D 4951 // EN 14107
Punto de enturbiamiento
ºC
Fuente: INTN
6
EN 14112
Reportar
ASTM D 2500
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Materia prima para la producción de biodiesel
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El biodiesel puede producirse a partir de una variada gama de materias primas, tanto de origen vegetal como animal. Los análisis presen-
tados en este documento se concentran en los resultados de la producción de biodiesel de origen vegetal, considerando que los miembros de
las cooperativas asociadas a Fecoprod, se dedican principalmente a las actividades agrícolas. Existen cultivos energéticos
Ilustración 7: Producción Primaria y Potencial Capacidad de Producción de Aceites Vegetales Cultivo
Soja
Zafra
Superficie /has A
Producción /tn B
Rendi. Kg/ha C
Rend.* Aceite D
Litros de Litros Totales Aceite x Ha. de Aceite CxD DxA
2010/2011
2.795.850
8.280.095
2.962
18
533
1.490.635.386
2009/2010
2.671.059
7.460.435
2.793
18
503
1.342.878.284
4,7%
11,0%
6,0%
6,0%
11,0%
2010/2011
853.592
3.345.877
3.920
ND
0
0
2009/2010
794.034
3.108.821
3.915
ND
0
0
7,5%
7,6%
0,1%
2010/2011
24.845
30.612
1.232
24
296
7.346.905
2009/2010
13.727
15.054
1.097
24
263
3.612.950
81,0%
103,3%
12,4%
12,4%
103,3%
2010/2011
24.419
22.729
931
50
465
11.364.576
2009/2010
24.698
26.564
1.076
50
538
13.282.240
Var. % Maíz** Var. % Algodón Var. % Maní Var. % Girasol
-1,1%
-14,4%
-13,5%
-13,5%
-14,4%
2010/2011
178.023
277.772
1.560
37
577
102.775.550
2009/2010
168.103
262.293
1.560
37
577
97.048.568
5,9%
5,9%
0,0%
0,0%
5,9%
2010/2011
83304
50396
605
50
302
25.197.937
2009/2010
69.185
40.135
580
50
290
20.063.650
20,4%
25,6%
4,3%
4,3%
25,6%
2010/2011
5.000
5.536
1.107
48
531
2.657.272
2009/2010
4.986
5.522
1.108
48
532
2.650.708
0,3%
0,2%
0,0%
0,0%
0,2%
2010/2011
63.250
101.217
1.600
50
800
50.608.566
2009/2010
62.150
99.505
1.601
50
801
49.751.075
1,8%
1,7%
0,0%
0,0%
1,7%
Var. % Sésamo Var. % Tártago Var. % Canola Var. %
Fuente: Sub Centros de la DCEA, CAPECO, INBIO, CAPEXSE, SENAVE, COOPERATIVAS. Las estimaciones para la zafra 2010/2011 son preliminares, sujetas a variación según el ciclo de cultivo y factores climáticos. La zafra agrícola corresponde al periodo de 1 de julio al 30 de junio. (*) Corresponden a promedios nacionales del MAG. (**) Incluye zafra normal y zafriña.
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con mayor potencial y con alta factibilidad de convertirse en materias alternativas para la producción de biocombustibles, atendiendo a factores técnicos, económicos, cualitativos y cuantitativos. Por ejemplo, el aceite de soja constituye una materia prima interesante para la producción de biodiesel, por su gran volumen de producción en el país, pero al igual que los aceites de girasol y canola, compiten con el consumo humano, y por ende, cotizan a buen precio en el mercado internacional. En este factor radica la importancia de la investigación y desarrollo de otras materias primas para la producción de biodiesel, que no compitan con los aceites comestibles, sino de aquellas que son utilizadas como cultivo de cobertura y de siembra obligatoria en el año agrícola especialmente para la rotación de los cultivos. Estas materias primas pueden ser: crambe, nabo forrajero, jatropha y en un futuro la camelina y la salicornia para suelos salinos (investigadas en otros países).
En la ilustración 7 presentamos la situación de los principales cultivos del país de los cuales puede extraerse el aceite para la producción del biodiesel. Los datos de capacidad de producción de aceites se encuentran calculados en base a las superficies cultivadas y el rendimiento
Ilustración 8: Superficie Cultivada por Rubros (estimaciones 2010 / 2011) Sésamo 2% Girasol 4% Maní 1% Caña de Azúcar 2%
Tártago 0% Canola 1%
Algodón 1% Maíz 21% Soja 68%
Fuente: Elaboración porpia con datos de la ilustración 7.
promedio del cultivo en sí, así como la extracción de aceite según el rubro.
Como puede observarse en la ilustración 8, los cultivos de mayor cobertura son la soja y el maíz, sin embargo en la canola y el tártago se pueden observar importantes incrementos en la producción y en el área cultivada. De otros cultivos como el nabo forrajero, la jatropha, el crambe y el cártamo no se tienen datos estadísticos, ya que los mismos no están muy desarrollados en nuestro país. La disponibilidad de los aceites como materia prima para la producción de biodiesel depende del uso que se le dé efectivamente a los cultivos oleagino-
sos. Debiendo aclararse, que los rendimientos que se presentan en la ilustración 7 se refieren a la productividad de la semilla en sí, con lo cual se puede tener una primera aproximación de la disponibilidad potencial de los aceites en caso de lograr tales rendimientos productivos y destinar la totalidad de la producción a la industrialización. Cabe recordar que la producción de biodiesel a partir de la utilización de las oleaginosas compite con los diversos usos, especialmente la soja que es destinada a la exportación como alimento, y en caso del maíz es el rubro de mayor autoconsumo en nuestro país y muy utilizado en la alimentación animal.
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BIODIESEL Materias primas
FECOPROD INBIO
6
Materiales y método utilizados para la selección y análisis
27
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BIODIESEL Materias primas
6.1 Criterios aplicados para la selección de las oleaginosas en el proyecto Prácticamente todos los aceites vegetales desde el punto de vista técnico son potencialmente materia prima para la elaboración de biodiesel. Sin embargo, para que su producción sea viable en términos económicos, es muy importante tener en cuenta las ventajas y desventajas que cada una de ellas presenta, y en especial la clasificación entre los aceites que son comestibles y los que no.
Parcela experimental de Friesland, 90 días luego de la siembra.
Los siguientes aspectos fueron considerados para la selección: •
•
•
•
Priorizar los aceites no comestibles. Las formas de siembra y cosecha: mecanizadas/ no mecanizadas.
Comportamiento de los aceites a las diferentes temperaturas.
Uso y aplicación del residuo sólido.
Luego del monitoreo, señalado en el cuadro metodológico, se elaboró la ilustración 9, considerando los principales cultivos de los socios de las cooperativas que tienen mayor potencialidad para la producción del biodiesel.
Teniendo en cuenta las ventajas y desventajas comparativas que se han visto de los
Cuadro metodológico 1
• Monitoreo, selección y recolección de granos y aceites con potencialidad para la elaboración de biodiesel, en las distintas áreas de producción (influencia de las cooperativas), en los departamentos de Alto Paraná, Itapuá, San Pedro y Boquerón.
2
• De acuerdo a criterios aplicados para la elección de oleaginosas, se seleccionaron los aceites crudos y granos a ser investigados por mostrar potencialidad y viabilidad para la elaboración de biodiesel.
3
• Traslado de las muestras de aceites y granos al laboratorio de investigación. • Identificación de los aceites separándolos en función a: la clase, la fecha de producción, forma de extracción, origen y variedad de oleaginosas base. • Igual pocedimiento se realizó con los granos. Para la extración del aceite fue aplicado el proceso físico de prensado de grano.
FECOPROD INBIO
rubros con potencial para producción de biodiesel, y los criterios considerados que apuntan a lograr viabilidad económica, se selecciona-
ron las siguientes materias primas: canola, crambe, cártamo, soja, nabo forrajero y jatropha (por el momento no se han realizado análisis de
Ilustración 9: Materia prima con potencialidad para elaboración de biodiesel NOMBRE VULGAR NOMBRE CIENTÍFICO GÉNERO Algodón
Gossypium
Camelina
Camelina sativa
Camelina
Canola
Brassica napus
Brassica
Cártamo
Carthamus tinctorius
Carthamus
Crambe
Crambe abyssinica
Crambe
Girasol
Helianthus annuus
Asteráceas
Jatropha
Jatropha curcas
Jatropha
Maíz
Zea mays
Zea
Nabo Forrajero
Raphanus sativus
Brassica
Soja
Glycine max
Fabaceae
Fuente: Elaboración propia.
este último rubro en el documento).
La camelina y la salicornia son dos oleaginosas, que si bien no se cultivan en Paraguay, presentan buen potencial para la producción de biodiesel. En una segunda etapa se pretenden realizar cultivos experimentales y los correspondientes análisis para evaluar la factibilidad de sugerir su cultivo. En base a las oleaginosas seleccionadas, cooperativas y empresas (Ilustración 11) han provisto al proyecto de muestras de granos y aceites crudos que fueron utilizados en el presente estudio.
29
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BIODIESEL Materias primas
Ilustración 10: Ventajas Comparativas de los Rubros Seleccionados 1
Materia Ventajas Prima
Desventajas
Algodón
Cultivo tradicional en Paraguay. Importante a nivel social, ocupa mucha mano de obra familiar y rural. Buen rendimiento para la extracción de aceite.
•
Cultivo conocido en el país, siembra en invierno como rotación de la soja. Alto rendimiento del aceite El expeller es utilizado para producir balanceados de uso integral. Mecanizado.
• •
Uso principal del aceite: comestible. Aceite fino, alta cotización mundial.
Uso de sus subproductos: alimento para ganado, con alto contenido en proteínas y fibras. Cultivo que se adapta a suelos poco fértiles, diferentes climas y necesita poca agua. Mecanizado.
•
Uso principal del aceite: comestible de alta calidad y valorado por sus propiedades curativas en la salud. También se usa en la industria de las pinturas, por sus propiedades secantes. Su cultivo no es muy conocido en nuestro país.
Cultivo de gran tolerancia a sequías y heladas. De ciclo muy corto. Florece a los 35 días, y puede ser cosechado a los 90 días. Maduración uniforme. Bajo costo de producción. Subproducto: harina utilizada como suplemento proteico para el ganado. La torta de extracción contiene altos porcentajes de proteínas, fibras y composición bien balanceada de aminoácidos. Posee capacidad de capturar aluminio y disminuir el PH del suelo, a la vez que se comporta como buen reciclador de fósforo. Mecanizado.
•
Cultivo de invierno de muy buen desarrollo en el país. En la industrialización se obtiene aceite de muy buena calidad. Resistente a altas temperaturas. Mecanizado.
• • •
Uso principal del aceite: comestible. Alta cotización y precio a nivel mundial. Se están investigando variedades de ciclos más cortos y de mejor adaptación a nuestro clima.
Se adapta a climas calurosos y suelos pobres, soporta sequías y es corrector de suelos pobres. Su vida útil es de más de 50 años. Alto rendimiento del aceite por hectárea. Excelente calidad de su aceite para la elaboración del biodiesel. La siembra puede ser muy rentable. Cultivo importante desde el punto de vista social.
• •
Poca experiencia en el Paraguay. Al parecer, las semillas no maduran al mismo tiempo, lo que dificultaría su recolección. Alta toxicidad de la torta y poco valor comercial debido a que el expeller tiene bajo contenido proteico. El tratamiento para bajar la toxicidad es muy costoso.
• • •
2
Canola
• • • •
3
Cártamo
• • •
4
Crambe
• • • • • • •
• 5
Girasol
• • • •
6
Jatropha • • • • • •
•
•
•
•
Commodity sujeto a las oscilaciones de la cotización internacional. Uso de tóxicos: pesticidas, bactericidas, herbicidas, fungicidas, fertilizantes.
Uso principal del aceite: comestible y usos industriales (lubricante, inhibidor de la corrosión, y como uno de los ingredientes para la fabricación de goma sintética, entre otros). Su cultivo no es muy conocido en nuestro país.
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7
Maíz
• • • • • •
8
Nabo Forrajero
• • • • • •
9
Sésamo
• •
10
Soja
• • • •
Rubro tradicional muy conocido, de amplio cultivo en el país. Existen muy buenas variedades adaptadas a nuestro suelo y clima. Esá en desarrollo el maíz zafriña (para cosecha de entre zafra). Alto rendimiento/Ha. De su aceite se pueden obtener tanto bioetanol como biodiesel. Mecanizado.
• •
Cultivo de siembra de invierno. Mejorador de suelos. Buen rendimiento en la industrialización como aceite. Excelente calidad de aceite para producción de biodiesel. Aceite de poco valor comercial, hecho que puede ser aprovechado para elaborar biodiesel. Uso principal: Cobertura.
• •
Ciclo extenso. Manejo final de cosecha del nabo.
Cultivo fácil de ciclo corto, periodo de producción flexible, tolera suelos pobres. Buen rendimiento a nivel de industrialización del aceite.
•
Precio muy alto para ser procesado como biodiesel. Gran interés internacional en el sésamo paraguayo como semilla para consumo alimenticio directo.
Cultivo altamente mecanizado, con grandes áreas de siembra. Resistente a enfermedades y al uso de herbicidas. Cultivo en manos de grandes y medianas empresas, que pueden garantizar el abastecimiento del aceite. Alta competitividad del expeller.
• •
• • •
•
• •
Uso principal del aceite: comestible. Uno de los principales rubros de autoconsumo en Paraguay. Alto costo para su transformación al alcohol. Aceite de alta cotización internacional. Commodity sujeto a las oscilaciones de los precios internacionales.
Principal uso: comestible Commodity sujeto a las oscilaciones de los precios internacionales. Degradación ambiental por la deforestación y uso de agroquímicos. Menor rendimiento de aceite/ha. en comparación a otras materias primas.
Fuente: Elaboración propia en base a datos extraídos del documento “Biocombustibles. Alternativa de Negocios Verdes”, elaborado por Alexandra Friedmann para Usaid/Paraguay Vende. Agosto de 2009 y otras publicaciones.
Ilustración 11: Proveedores de granos y aceites PRODUCTO
PROVEEDORES
AÑO DE COSECHA / PRODUCCION DE LA MUESTRA
UBICACIÓN
Granos de nabo forrajero
Coop. Unión Curupayty
Cosecha 2008
Alto Paraná
Granos de nabo forrajero
Fundación NIKEI - CETAPAR
Cosecha 2009
Colonia Yguazú
Granos de crambe 1
Coop. Unión Curupayty
Cosecha 2010
San Pedro
Granos de crambe 2
Coop. Unión Curupayty
Cosecha 2009
San Pedro
Aceite crudo de soja
Colonias Unidas
Producción 2010
Colonias Unidas
Aceite crudo de soja
Otros
Producción 2010
Bella Vista
Aceite crudo de canola
Otros
Producción 2010
Bella Vista
Aceite crudo de girasol
Coop. Unión Curupayty
Producción 2010
Alto Paraná
Biodiesel de canola
Hermanos Gahlera Agro valle del Sol
Producción 2010
Cedrales
Biodiesel de canola y soja
Hermanos Gahlera Agro valle del Sol
Producción 2010
Cedrales
Fuente: Elaboración propia.
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BIODIESEL Materias primas
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7
Determinaciones y métodos utilizados en el análisis físico - químico
33
34
BIODIESEL Materias primas
Los análisis cuyos resultados se presentan en este documento, fueron realizados en el laboratorio de Fecoprod. Ilustración 12: Laboratorio de Fecoprod Determinacionesv
Métodos Aplicados
Esteres
EN 14.103
Glicerina Total
EN 14.105
Glicerina Libre
EN 14.105
Resíduo Carbonoso
ASTM D 189
Sedimento
ASTM D 2276
Fuente: Elaboración propia.
Ilustración 13: Estrucutura típica de costos de producción del biodiesel Mantenimiento y Overheat Depreciación 4% 6% Mano de obra 4% Energía 2%
Materia prima (aceite) 73% Fuente: www.rendermagazine.com
Químicos 11%
Los análisis cuyos resultados se presentan en este documento, fueron realizados en el laboratorio de Fecoprod. Los profesionales que realizaron los trabajos son el Analista Industrial Eugenio Ortiz y el Ing. Luis Servín a partir de granos, aceites y biodiesel de distintos orígenes que fueron provistos por miembros de cooperativas asociadas a Fecoprod y empresas que colaboraron voluntariamente. Además de los análisis realizados, el laboratorio está equipado para efectuar las pruebas detalladas en la ilustración 12.
Tanto los aceites, como las distintas muestras de biodiesel, fueron sometidos a los mismos análisis físico – químicos. No existen Normas Paraguayas especificas para aceites no comestibles destinados a la producción de biodiesel, ya que los valores resultantes indican las acciones que deben ser llevadas a cabo para lograr los niveles necesarios para que el producto obtenido tenga las características propias del biodiesel. Técnicamente casi todos los aceites pueden ser convertidos en biodiesel mediante procesos químicos. Sin embargo, hay que analizar el costo de estos procesos, ya que la materia prima representa aproximadamente el 73% del costo en la producción del biodiesel.
FECOPROD INBIO
Ilustración 14: Significancia e Importancia de los Análisis Realizados Determinaciones
Método Utilizado
Especificaciones
Determinación de Acidez
ASTM D 664
Un combustible con alta acidez se asocia con corrosión y depósitos en el motor, en especial en los inyectores. El número ácido (NA) o valor ácido de los aceites comestibles o sus esteres correspondientes indica la cantidad de ácidos grasos y ácidos minerales (depreciable) presentes en la muestra. De acuerdo con las normas ASTM D 664 y EN 14104, el NA se expresa como mg KOH (hidróxido de potasio) requeridos para neutralizar 1 g de MEAG (Metil Ester de Ácido Graso).
Determinación de Densidad
ASTM D 1298
Este análisis da idea del contenido en energía del combustible. Mayores densidades indican mayores energías térmicas y una economía de combustible mejor. La determinación de densidad se expresa en Masa/ Volumen medida a una temperatura definida, cuya unidad de medida es kg/m3.
Determinación de Agua
ASTM D 1533
El contenido de agua tiene gran influencia en la eficiencia del proceso de transesterificación. Para una mejor conversión el aceite debe ser prácticamente anhidro, es decir sin contenido de agua. El contenido de agua puede provocar los siguientes problemas en el motor: • Corrosión en los componentes, generalmente herrumbre. El agua se puede acidificar y termina atacando los tanques de almacenamiento. • Contribuir al crecimiento de microorganismos, formando lodos y limos que terminan por colmatar los filtros. Además algunos microorganismos pueden convertir el azufre que posee el combustible, y producir ácido sulfúrico. El contenido de agua debe estar por debajo del 0.5% o por debajo de los 800 ppm (partes por millón).
Determinación NP 14 de Índice de Iodo.
El índice de Iodo (IY) es otra medida de estabilidad y determina el grado de instauración en compuestos orgánicos. Se define como la cantidad de iodo en gramos que se puede adicionar a 100 gramos de muestra y se utiliza como un indicador del número de dobles enlaces. A mayor IY, mayor cantidad de dobles enlaces. Originalmente, el IY en la norma EN 14214 funcionaba como una prueba excluyente para ciertas materias primas.
Determinación de Flash Point.
ASTM D 93
Es la menor temperatura a la cual el producto se vaporiza en cantidad suficiente para formar con el aire una mezcla capaz de inflamarse.
Determinación de Viscosidad.
ASTM D 445
Debe poseer una viscosidad mínima para evitar pérdida de potencia debido a la fuga en la bomba inyectora y en el inyector. Además, brinda características de lubricidad al sistema de combustible.
Determinación de Punto de Nube.
ASTM D 2500
Indica la temperatura a la cual empiezan a precipitar o cristalizar ciertos compuestos del aceite (Parafina, Materia Insaponificable). Esta determinación es muy importante especialmente cuando se utiliza el combustible a temperatura baja.
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BIODIESEL Materias primas
FECOPROD INBIO
8
Resultados de los análisis físico-químicos
37
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BIODIESEL Materias primas
Ilustración 15: Determinación de Acidez en Aceites (%) 2,0%
1,82%
1,82%
Porcentaje
1,5%
0,97%
0,96%
1,0%
1,28%
0,47% 0,5%
0,19%
0,17%
0,09% f)
)
(R e
ef (R So ja
yA
lg od
ón
So ja
s) (O
tro
) So ja
U (C
Fo rr N ab o
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Crambe 2: Correspondiente a la cosecha 2009. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol. Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol. Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados.
So ja
aje ro
f) Re Gi ra so l(
Gi ra so l
1 Cr am be
Ca no l
a
0,0%
FECOPROD INBIO
El laboratorio de Fecoprod está instalado en la Cooperativa Unión Curupayty (Alto Paraná).
Muestra de cártamo en el laboratorio de Fecoprod.
Ilustración 16: Determinación del Porcentaje de Acidez en una Muestra de Aceite de Crambe 6,00% 5,00%
Porcentaje
4,00% 3,00%
8.1 Resultados obtenidos de los aceites
2,00%
Las muestras recibidas fueron sometidas a los análisis físico –químicos, los resultados obtenidos de las distintas pruebas se exponen en las ilustraciones que se presentan a continuación.
1,00%
Crambe 2
Cosecha 2009
5,31%
0,00%
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod.
39
40
BIODIESEL Materias primas
Equipamiento del laboratorio de Fecoprod.
Ilustración 17: Determinación de Agua en los Aceites 1200
1.013,00
Parte x Millón
1000
923,20 789,00
694,30
800
752,92
619,70
600 400 200
s)
) (O So ja
So ja
(C
tro
U
aje ro N ab o
Fo rr
1
Gi ra so l1
am be Cr
Ca no l
a
0
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol.
Ilustración 18: Determinación del Índice de iodo en Aceites 120
130,2
122,0
117,9
128,7
106,10
89,6
100 80 60 40 20
s) So ja
(O
tro
) (C U So ja
Fo rr aje ro N ab o
Gi ra so l1
1 Cr
am be
a
0 Ca no l
g / 12 / 100g
140
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010 Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol.
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Ilustración 19: Determinación de la Corrosión de Lámina de Cobre en Aceites Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol. Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol. Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados.
1 0,8 0,6 0,4
(R ef )
) (C U So ja
yA
lg od
ón
So ja
(R ef ) So ja
Gi ra so l( Re N f) ab o Fo rr aje ro So ja (O tro s)
Gi ra so l1
am be Cr
Ca no l
a
0
1
0,2
Ilustración 20: Determinación del Punto de Enturbiamiento en Aceites (en grados centígrados)
Temperatura
2
2
2
2
2
2
2
2
2
,15
1
1
1
0,5
) ef (R So ja
f)
So ja
yA
lg od
ón
(R e
s) tro (O So ja
U ) (C
Fo rr N ab o
So ja
aje ro
f) Re
Gi ra so l(
Gi ra so l1
2
1 am be
am be Cr
a Cr
Ca no l
0
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Los datos que indican la figura se refiere a la temperatura en la cual aparecen los primeros cristales en el proceso de formación de cuerpos sólidos en suspensión, corresponde a un proceso físico llamado cristalización. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Crambe 2: Correspondiente a la cosecha 2009 Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados.
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BIODIESEL Materias primas
Ilustración 21: Determinación de la Viscosidad en Aceites a 100° C (En cSt) 12,00
Centistock
10,00
9,46
9,19
11,17
10,01
9,29
8,29
8,00
9,19
8,19
9,19
8,20
6,00 4,00 2,00
ef )
So ja
yA
So ja
lg od ón
(R
(R
ef )
s) tro
) (O
So ja
So ja
(C U
Fo rr aje ro
Re f)
N ab o
Gi ra so l(
2
Gi ra so l1
1
Cr am be
Ca no l
a
Cr am be
0,00
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Crambe 2: Correspondiente a la cosecha 2009. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol. Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol. Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados.
Ilustración 22: Determinación de la Densidad en Aceites a 15° C 0,9240
0,9250
0,9240
0,9236
0,9240
0,9206
0,9230
0,9230
0,9200
gr/cc
0,9150 0,915
0,9118
0,9100
So ja
)
yA
lg od
ón
(R
ef
) ef (R So ja
s) So ja
(O
tro
) U (C
Fo rr N ab o
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol. Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol. Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados.
So ja
aje ro
f) Re Gi ra so l(
Gi ra so l1
1 Cr
am be
a
0,9050 Ca no l
42
FECOPROD INBIO
Ilustración 23: Comparativo de Resultados de Análisis Físico – Químicos de Aceites Aceite
Acidez
ACIDEZ (+6 MESES)
Densidad a 15° C
Ppm de Agua
Ind. Iodo
Corrosión a la Lámina de Cobre
Viscosidad a 100° C (cSt)
Punto de Enturbiamiento
Nabo Forrajero
0,97%
1,10%
0,9240
619,70
106,10
1
10,01
1
Crambe 1
1,82%
1,82%
0,9118
694,30
89,6
1
9,46
2
Crambe 2
5,31%
5,60%
NR
NR
NR
11,17
2
Canola
1,82%
1,86%
0,9206
1.013,00
117,9
1
9,19
1
Soja (CU)
1,28%
1,60%
0,9236
789,00
130,2
1
8,19
2
Soja (Otros)
0,47%
0,75%
0,9240
725,92
126,7
1
9,19
2
Soja (Ref.)
0,19%
0,9230
NR
NR
1
9,19
2
Girasol (Ref.)
0,17%
0,9240
NR
NR
1
8,29
2
Girasol 1
0,96%
0,9150
923,20
122,0
1
9,29
2
Soja y Algodón (Ref.)
0,09%
0,9230
NR
NR
1
8,20
2
Unidad de Medida
%
gr/ cc
%
g/l2/100 gr
cSt
°C
Mínimo
…….
0,9100
…..
100
8,00
0,9250
0,05 % / 800 ppm
145
REFERENCIAS
Máximo
3,0
Fuente: Resultados de los análisis realizados en los Laboratorios de Fecoprod. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Crambe 2: Correspondiente a la cosecha 2009. Soja (CU) = Aceite de soja provisto por Colonias Unidas. Soja (Otros) = Aceite de soja provisto por otras empresas. Girasol 1 = Aceite crudo de girasol. Girasol (Ref.) = Aceite refinado de girasol. Aceite de Soja y Algodón = Mezcla de aceite de soja y algodón refinados. NR = Análisis no realizado. Ppm = Partes por millón.
De acuerdo a la ilustración 23 se pueden observar los siguientes resultados: •
Acidez: De las muestras tomadas, unos de los aceites de crambe sale totalmente del rango de referencia. A la prueba de determinación de acidez fueron sometidas 10 muestras de aceites, 9 de ellas cumplen con los parámetros establecidos, mientras que una de las dos muestras de aceite de crambe sale del rango
• aceptado. No obstante la muestra del aceite de crambe 1 conjuntamente con la canola son los aceites que contienen mayor acidez (1,82%) en ambos • casos. El menor resultado se obtuvo con el aceite de soja y algodón (0,09%). La muestra de este aceite de crambe presentó un alto grado de acidez (5,31% en la ilustración 16), presumiblemente como consecuencia de la excesiva humedad del
1
12,00
Reportar
grano, (la humedad presente o añadida en la semilla ataca a los triglicéridos, componente principal del aceite).
Densidad a 15°C: Todos los valores resultantes entran dentro del estándar, las variaciones entre los distintos aceites son mínimas.
Determinante de Agua: La canola es el aceite en el que el porcentaje de agua fue mayor, con un resultado de 1.013 ppm. El girasol también registró niveles por arriba del estándar con 923,20 ppm. Por su parte el nabo forrajero resultó el aceite más anhídrido, con 619,70 ppm.
43
44
BIODIESEL Materias primas
•
•
•
•
Índice de Iodo: Casi todos los valores correspondientes al índice de iodo se encuentran dentro de los rangos definidos, la excepción es el crambe cuyo resultado fue de 89,6 g/I2/ 100 gr, encontrándose por debajo del mínimo requerido.
Corrosión a Lámina de Cobre: Todos los valores se encuadran dentro del valor requerido “1”.
Viscosidad a 100° C cSt: Todas las muestras se encuentran dentro del rango de referencia. La mínima viscosidad la obtuvo una de las muestras de soja con 8,19 centistock y la máxima fue la segunda muestra de crambe con 11,17 centistock. Punto de Enturbiamiento: La prueba solo indica reportar.
8.2 Factores que afectan a la calidad del aceite La obtención de un aceite de calidad conlleva la vigilancia de todos los procesos de su elaboración, desde la cosecha hasta el envasado y almacenamiento. No es aconsejable que el aceite esté en contacto con la luz, el agua, el aire, restos metálicos, ni a altas temperaturas, pues podrían afectar la calidad del óleo produciendo procesos como
la fermentación, la oxidación y la hidrólisis o el aumento de la acidez del mismo.
Fermentación: Origina olores y sabores desagradables debido a la presencia de azúcares y agua atacada por microorganismos externos.
Oxidación: Es una reacción natural degenerativa, no deseada, que conduce a un enranciamiento de los aceites y produce una serie de alteraciones en el sabor y olor. Hay un tipo de oxidación llamada no inducida que se produce de manera natural, y que está directamente relacionada con la insaturación. A mayor insaturación mayor riesgo de oxidación. Existen tres tipos de oxidación:
•
Foto oxidación: producida por el oxígeno atmosférico activado por
•
•
la luz.
Auto oxidación: desencadenada por un iniciador que puede ser un compuesto formado por la oxidación o por trazas de metales.
Oxidación enzimática: oxidación de varios tipos que lleva a formar ácidos grasos de número de carbonos impar (los ácidos grasos que componen el aceite son de número par), ácidos grasos totalmente degradados (desintegrados, partidos, por tanto ya no es el ácido graso que debería), aldehídos y cetonas.
No obstante están los llamados antioxidantes naturales como la vitamina E (tocoferoles), que realizan importan-
FECOPROD INBIO
Muestras en laboratorio de Fecoprod.
tes acciones, prolongando la vida útil del producto (contenido en los aceites no refinados).
Hidrólisis: la humedad presente o añadida en la semilla ataca a los triglicéridos (componente principal del aceite)
produciendo glicerina y ácidos grasos libres que aumentan la acidez. Esta reacción se nota a una temperatura concretada y ante la presencia de enzimas que producen un aumento de la acidez del aceite como consecuencia de los procesos hidrolíticos.
8.3 Resultado de los análisis químicos de los granos Los resultados de los análisis químicos de los granos muestran los niveles de nutrientes que poseen los mismos (Ilustración 24).
Ilustración 24: Resultados del análisis de Granos Tipo de Grano
Nitrógeno Total*
Fósforo Total**
Potasio Total**
Proteína***
Extr. Etéreo****
Unidad de Medida
g/kg
g/kg
g/kg
g/kg
%
Crambe 2
32,3
13,88
6,07
201,88
34,5
Cártamo (Chaco)
33,4
14,77
5,95
208,75
42,7
Cártamo (CETAPAR)
26
11,21
5,35
162,5
19,9
Crambe 1
42,2
12,63
4,85
263,75
37,3
Nabo Forrajero
44,6
18,49
5,35
278,75
36,0
Fuente: Elaboración propia en base a los análisis realizados en CETAPAR. Referencias: Crambe 1: Correspondiente a la cosecha 2010. Crambe 2: Correspondiente a la cosecha 2009. * Método de análisis: Digestión, analizada en Kjeldahl. ** Método de análisis: Digestión, analizada en espectrofotómetro. *** Método de análisis, Digestión, analizada en Kjeldahl, resultado de Nitrógeno multiplicado por el Factor 6,25. **** Método de análisis: Soxhlet, Solvente Hexano.
45
BIODIESEL Materias primas
Ilustración 25: Determinación de Acidez las Muestras de biodiesel (%) 0,30%
0,29%
0,26%
0,33%
0,31%
Ac Bio eit die e V se eg l de et M al ez BA cla d 20 e b % io BV die 80 sel M % ez cla BA de 50 bio % d , B ies V el 50
Ce Bio bo die Va sel cu de no
B de iod Ca ies no el la
0,16%
So Bio ja die y C se an l de ol a
Porcentaje
0,35% 0,30% 0,25% 0,15% 0,10% 0,05% 0,00%
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod.
0,120% 0,100% 0,080% 0,060% 0,040% 0,020% 0,000%
0,111%
0,094%
0,093%
Ac Bio eit die e V se eg l de et al
B Se iod bo ie Va sel cu de no
Bi o
di e Ca sel d no e la
0,043%
So Bio ja die y C se an l de ol a
% de Agua
Ilustración 26: Determinación de Agua en las Muestras de biodiesel
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod.
Ilustración 27: Determinación de la Densidad en las Muestras de biodiesel a 15°C 0,9000% 0,8900%
0,8833%
0,8933%
0,8800%
g / cc
0,887%
0,8842
0,8673%
0,8700%
0,8786
0,8600%
Ac Bio eit die e V se eg l de et M al ez BA cla d 20 e b % io BV die 80 sel M % ez cla BA de 50 bio % d , B ies V el 50
Ce Bio bo die Va sel cu de no
B de iod Ca ies no el la
0,8500%
So Bio ja die y C se an l de ol a
46
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod.
FECOPROD INBIO
Ilustración 28: Determinación de la Viscosidad en las Muestras de biodiesel a 40° (En cSt) 6,13
centistock
6,2 6 5,8 5,6
5,80
5,52
5,78
5,83 5,43
5,4 5,2
Ac Bio eit die e V se eg l de et M al ez BA cla d e 20 b % io BV die 80 sel M % ez cla BA de 50 bio % d , B ies V el 50
Ce Bio bo die Va sel cu de no
B de iod Ca ies no el la
So Bio ja die y C se an l de ol a
5
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod.
Ilustración 29: Determinación del Punto de Enturbiamiento en las muestras de biodiesel 13
Ce Bio bo die Va sel cu de no
8
8
Ac Bio eit die e V se eg l de et M al ez BA cla d 20 e b % io BV die 80 sel M % ez cl BA a de 50 bio % d , B ies V el 50
7
6
B de iod Ca ies no el la
6
So Bio ja die y C se an l de ol a
14 12 10 8 6 4 2 0
Fuente: Resultados de los análisis realizados en el Laboratorio de Fecoprod. Los datos que se indican se refieren a la temperatura en la cual aparecen los primeros cristales en el proceso de formación de cuerpos sólidos en suspensión, corresponde a un proceso físico llamado cristalización.
Sirven como referencia de la cantidad de alimentos que aportan al ser utilizados en balanceados, forrajes, fertilizantes orgánicos, etc. 8.4 Resultados de los análisis parciales de las diferentes muestras de biodiesel
Las muestras de biodiesel que se analizaron fueron provis-
tas por la empresa Hermanos Ghalera Agro Valle del Sol. El biodiesel de sebo vacuno fue suministrado por una empresa productora de Alto Paraná.
Se sometieron a los análisisbiodiesel de: soja, canola, aceites vegetales en general, sebo vacuno y varias mezclas realizadas.
Las mezclas utilizadas fue-
ron: •
Biodiesel de soja con canola (Producción 2010)
•
Biodiesel de origen vegetal (Producción 2010) con biodiesel de origen animal (Producción 2010) en las siguientes proporciones:
47
48
BIODIESEL Materias primas
•
•
Biodiesel animal 20% y vegetal de canola 80%. Biodiesel animal 50% y vegetal de canola 50%.
8.5 Resultados comparativos entre las diferentes muestras de biodiesel y la NP 16.018.05 •
•
Biodiesel de soja y canola: El porcentaje de residuo carbonoso y nivel de agua se encuentran por encima de los parámetros establecidos por la NP, los demás determinantes muestran valores aceptados. Biodiesel de canola: la muestra de este producto sin la mezcla de soja pre-
•
•
senta incluso un contenido de humedad superior que el biodiesel de canola y soja, dejándolo fuera del nivel aceptable. El contenido de carbón también está por encima del permitido 0,3%. En cuanto al punto de enturbiamiento tanto del biodiesel de canola como el de la mezcla con soja presentan menor grado en comparación a los demás productos.
Biodiesel de sebo vacuno: prácticamente todos los valores se encuentran dentro de los límites a excepción del nivel de humedad. Biodiesel de aceites vegetales: este producto a
•
diferencia de los tres anteriores, es el único cuyo contenido de agua se encuentra dentro del parámetro aceptado. Todos los demás valores están de acuerdo a las normas exigidas.
Mezclas de biodiesel de BA con los de BV: ambas muestras en sus diferentes proporciones, arrojan valores en los determinantes muy similares, y todos dentro de lo establecido por la NP. Es importante destacar que el biodiesel de sebo vacuno, en su mezcla con el biodiesel de origen vegetal, presenta una temperatura de cristalización o enturbiamiento menor, bajando de 13°C a 8°C.
Ilustración 30: Resultados comparativos entre las diferentes muestras de biodiesel y la NP 16.018.05 Biodiesel Analizados
P. E*
RES. CARBONOSO
PPM de Agua
% Ac.
Dens. A 15° C
Visc. a 40°C
Flash Corr. al Point cobre
Biodiesel soja y canola
06 ° C
0,56
943,0
0,16
0,8833
5,52
>100
1 (a)
Biodiesel de canola
06 ° C
0,52
1.114,3
0,30
0,8933
6,13
>100
1 (a)
Biodiesel de sebo vacuno
13 °C
0,23
931,50
0,26
0.8673
5,80
>100
1 (a)
Biodiesel aceite vegetal
07 ° C
433,80
0,29
0,8870
5,78
> 100
1 (a)
Mezcla de biodiesel 20 % (B.A) 80% (BV)
08 °C
0,33
0,8842
5,83
> 100
1 (a)
Mezcla de biodiesel 50%(BA) + 50 %(BV)
08 ° C
0,31
0,8786
5,43
> 100
1 (a)
NORMA PARAGUAYA NP 16.018.05
R**
0,8
R**
6,5
>100
Max. 1
Fuente: Elaboración propia. Referencias: *PE: Punto de Enturbiamiento. **Reportar.
Max. 0,3
Max. 800
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BIODIESEL Materias primas
Conclusiones Los resultados presentados corresponden a los primeros análisis realizados en el Laboratorio de Investigación de Materias Primas para biodiesel. Las muestras fueron suministradas por socios de las cooperativas de Fecoprod y empresas colaboradoras.
El objetivo es continuar el proyecto realizando las pruebas en las parcelas demostrativas ya instaladas en San Pedro, Alto Paraná e Itapúa, de forma a contar con bases estadísticas, datos técnicos y científicos que permitan conocer la adaptación de los cultivos de las especies seleccionadas para la producción del biodiesel, e ir incorporándolas dentro de la rotación de los principales cultivos que son la soja y el maíz.
Con relación a los análisis realizados en los granos y en las semillas las principales conclusiones obtenidas son:
Se verificó que mediante el buen manejo y tratamiento adecuado de las semillas para el ensilado del nabo forrajero, éstas pueden ser almacenadas hasta por 2 años sin que sus características físico - químicas sean afectadas.
En base a las experiencias de los proveedores de semillas/granos de materias primas se pudo observar que el retraso experimentado en la germinación de la soja sembrada sobre el
nabo forrajero se debe a la alelopatía, y al desconocimiento del manejo final en la cosecha de nabo.
Definitivamente debemos investigar y desarrollar una semilla de nabo forrajero de ciclo corto. que no comprometa el tiempo de siembra de la soja.
aceite, ya que se encuentran distribuidas en distintas regiones.
En los análisis de biodiesel las conclusiones más relevantes son:
De los análisis realizados en las muestras de aceites, las principales conclusiones son:
Se observaron diferencias en él porcentaje de extracción del aceite, dependiendo de los procesos físicos o químicos aplicados, como también los rendimientos obtenidos de las oleaginosas provenientes de diferentes lugares, así mismo la adaptabilidad de la especie cultivada.
Además de los criterios utilizados para la elección de las oleaginosas mencionados en el Capítulo 6, y en los resultados físico – químicos de los aceites extraídos se definieron las oleaginosas a ser utilizadas en las parcelas experimentales, y son las siguientes: nabo forrajero; cártamo; crambe y canola.
Con la creación de estas parcelas de investigación también se estaría evaluando cómo pueden afectar las características del suelo al rendimiento de
Los resultados químicos obtenidos indican que el biodiesel analizado necesitaría un mejor control en los diferentes procesos, especialmente en el secado y tiempo de reacción química durante la transformación de ácidos grasos en esteres glicéridos.
Dentro de las pruebas efectuadas, se realizaron experiencias con diferentes porcentajes de mezclas de biodiesel elaborado de sebo vacuno con biodiesel de origen vegetal. Estudiando su comportamiento en condiciones controladas de temperatura se obtuvieron resultados muy importantes. Se concluyó finalmente que la temperatura de cristalización o enturbiamiento baja de 13°C a 8°C.
Finalmente, de los resultados obtenidos en el análisis químico, se concluye que el residuo solido proveniente de la extracción del aceite del grano, puede ser utilizado, tanto para la elaboración de forraje, como en la fabricación de fertilizante orgánico, entre otros. Esto debido al buen contenido de nutrientes que poseen.
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Bibliografía Atlas de la agroenergía y los biocombustibles en las Américas: II Biodiesel / IICA, Programa Hemisférico en Agroenergía y Biocombustibles – San José, C.R.: IICA, 2010.
Castro, Paula, Javier Coello, Liliana Castillo. Opciones para la producción y uso del biodiesel en el Perú. Lima. Soluciones Prácticas-ITDG; Agosto 2007.
Experiencias y perspectivas de la producción de biodiesel en México. Dr. Oliver Probst: Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Foro de Biocombustibles como energía alternativa: “Una mirada hacia la región”. 17 y 18 de Octubre – Ciudad de Quito – Ecuador, Programa Nacional de Biocombustibles Argentina.
Friedmann, Alexandra y Reinaldo Penner, USAID/Paraguay Vende, Biocombustibles: Alternativa de Negocios Verdes. Asunción-Paraguay, Agosto de 2009.
Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA), Oficina en Paraguay. (2007). “El Estado de Arte de los Biocombustibles en Paraguay”. Juan Manuel García Camús, José Ángel García Laborda. Informe de vigilancia tecnológica N° 4: Biocarburantes líquidos: biodiesel y bioetanol. Silvia Liliana Falasca, Ana Ulberich. “Potencialidad bioenergética: sudamericana a partir de forestaciones con Jatropha sp. (J. curcas, hieronymi y macrocarpa). Julio, 2008.
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