RESUMEN
Intermediate Technology Development Group (ITDG) y la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM) desarrollaron este trabajo de investigación con el fin de explorar las opciones para la producción de biodiésel en el Perú. Se diseñaron, construyeron y evaluaron dos propuestas tecnológicas: una para la producción artesanal de biodiésel a nivel familiar en zonas aisladas de la selva, a partir de aceites de especies vegetales abundantes, como una posible solución al problema de acceso a la energía de dichas comunidades; otra, para la producción de biodiésel a pequeña escala con aceites vegetales usados o de descarte, para ser utilizado como aditivo del combustible diésel en vehículos de transporte terrestre, reduciendo sus emisiones y ofreciendo una alternativa para la disposición final de los aceites usados. Palabras clave: biodiésel, biocombustibles, biomasa.
ABSTRACT
Intermediate Technology Development Group (ITDG) and the La Molina National Agrarian University (UNALM) developed this research project with the aim of exploring the options for biodiésel production in Peru. Two technological models were designed, built and assessed: one for the family-level production of biodiésel in isolated areas of the rainforest, using the oil of abundant vegetable species, as a possible solution to the problem of availability of energy sources of those communities; and another one for small-scale biodiésel production with waste vegetable oils, to be used as an additive for diésel fuel in ground transport units, reducing their emissions and offering an alternative for the final disposal of waste oils. Key words: biodiesel, biofuels, biomass.

INTRODUCCIÓN

El actual sistema energético mundial no es sostenible en el largo plazo debido a los impactos ambientales que genera y a la inequidad en su distribución. En el Perú, la energía primaria proviene aproximadamente en un 45% del petróleo y en un 30% de la leña¹. En el caso específico de la Amazonía peruana, los poblados más aislados tienen un limitado acceso a la electricidad debido a la dificultad y el elevado costo de la prolongación de la red de distribución. Por eso los pobladores utilizan leña y/o generadores eléctricos de tipo diésel. Este último combustible es transportado por vía fluvial, lo cual incrementa su costo y las probabilidades de constituirse en fuente contaminante de los ríos.

Por otro lado, en las grandes ciudades del país, la contaminación del aire producida por las emisiones

¹ Ph.D. en Ingeniería Agrícola. Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM). 2 Ingeniero Agrícola. Intermediate Technology Development Group (ITDG). 3 Ingeniera Ambiental. Universidad Nacional Agraria La Molina.

vehiculares se ha acentuado en los últimos años, principalmente por el crecimiento del parque automotor alimentado por diésel y por el mal estado de los motores. Así, si en 1990 en Lima Metropolitana y el Callao se consumían 5 190 mil barriles de diésel al año, en 1998 se consumieron 9 177 mil barriles, mientras que el consumo de gasolina permaneció relativamente constante en el mismo período (6 563 mil barriles en 1990 a 6 920 mil en 1998). Según estudios realizados en el año 2000 por la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA) del Ministerio de Salud, el principal contaminante atmosférico en Lima es el material particulado emitido por motores de combustión diésel2.

En este contexto, se hace necesario investigar mecanismos que permitan obtener fuentes alternativas de energía, que sean de bajo costo y que reduzcan los impactos ambientales negativos de su generación y utilización. El uso sostenible de la biomasa puede contribuir decididamente a avanzar en este sentido. La presente investigación, desarrollada por ITDG y la UNALM, con el apoyo del CONCYTEC, ha estado

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orientada a la búsqueda de soluciones en este campo mediante el uso de la biomasa como fuente energética, específicamente mediante la producción del biocombustible líquido denominado biodiésel.

El biodiésel es un combustible renovable derivado de aceites vegetales o grasas animales que puede ser utilizado como sustituto o aditivo del diésel convencional. La Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (ASTM) define al biodiésel como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de insumos grasos renovables, como los aceites vegetales o grasas animales. El término bio hace referencia a su naturaleza renovable y biológica en contraste con el combustible diésel tradicional derivado del petróleo; de otro lado, diésel alude a su uso en motores de este tipo³.

El proceso de producción de biodiésel se basa en la reacción de transesterificación del aceite^{4, 5}. Los aceites están compuestos principalmente por moléculas de triglicéridos formadas de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol⁶. La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos. Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula⁴. La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diésel no modificados, desventaja que se supera mediante este proceso.

Para lograr la reacción se requieren temperaturas entre 40 y 60°C, así como la presencia de un catalizador, que puede ser hidróxido de sodio o potasio (NaOH o KOH). Luego de precalentar el aceite a la temperatura deseada, se incorpora el alcohol con el catalizador disuelto y se mantiene reaccionando durante 1 a 2 horas con agitación constante ^{4, 7}. Después de la reacción se separan dos fases en la mezcla: una superior líquida y cristalina, el biodiésel; y otra inferior, de color por lo general más oscuro y alta viscosidad, la glicerina. Si el aceite utilizado contiene agua o ácidos grasos libres, en la reacción se forma además jabón.

Luego de la separación por gravedad del biodiésel y la glicerina, se realiza un postratamiento de purificación al biodiésel. Este consiste básicamente en un lavado con agua, el cual permite separar cualquier resto de glicerina, metanol, catalizador y jabón que hayan podido quedar en el biodiésel, ya que todas estas moléculas son más solubles en agua que en el éster.

Las propiedades fisicoquímicas del biodiésel son muy similares a las del diésel de petróleo y su uso no requiere mayores cambios en los motores diesel. Así, puede emplearse directamente en el motor, pudiéndose también utilizar como aditivo, mezclado en cualquier proporción con el diésel. Puede ser bombeado, almacenado y manipulado con los mismos equipos, procedimientos e infraestructura que el diésel. El encendido, rendimiento, torque y potencia de los motores no varía significativamente, pero el consumo puede incrementarse hasta en un 5%. El biodiésel, además, tiene diversas ventajas sobre el diésel convencional, como por ejemplo ^{3, 4, 6, 8, 99}.

• No contiene sulfuros, disminuyendo las emisiones de SO₂ y mejorando la lubricidad del combustible.
• Es más seguro de manipular gracias a su punto de inflamación elevado (150ºC).
• Se puede producir a partir de insumos locales.
• Es altamente biodegradable en el agua, por lo que es ideal para transporte fluvial.
• Prácticamente no es tóxico en caso de ingestión, tanto en peces como en mamíferos.
• Contribuye a la reducción del calentamiento global, ya que emite menos CO₂ en su ciclo de vida que el fijado mediante fotosíntesis por las plantas usadas para producirlo.

Al ser un combustible oxigenado, el biodiésel tiene una combustión más completa que el diésel, reduciendo las emisiones de CO, materia particulada e hidrocarburos no quemados.

El trabajo desarrollado por ITDG y la UNALM tuvo como objetivo el desarrollo y prueba de modelos tecnológicos para la producción de biodiésel a pequeña escala, a partir de especies oleaginosas amazónicas para la producción de una fuente de energía limpia. Los resultados de la presente investigación han sido:

• Una propuesta tecnológica para la producción de biodiésel a nivel familiar en zonas aisladas de la selva.
• Una propuesta tecnológica desarrollada y probada para la producción de biodiésel a pequeña escala con insumos de descarte.

MATERIAL Y MÉTODO

La investigación se desarrolló en el Laboratorio de Energías Renovables y el Laboratorio de Fitoquímica de la UNALM.

En primer lugar, se desarrolló una profunda revisión bibliográfica que permitió elaborar un inventario de insumos potenciales de la Amazonía peruana para la producción de biodiésel. Las especies fueron priorizadas de acuerdo con la información sobre sus rendimientos, nivel de conocimiento y manejo actual y características de los frutos oleaginosos. A continuación se recolectaron muestras de las oleaginosas seleccionadas y se procedió a extraer el aceite prensado del fruto en una prensa hidráulica manual de fabricación artesanal.

José Calle, Javier Coello, Paula Castro.

Se realizaron pruebas de transesterificación de los aceites obtenidos a escala de laboratorio, utilizando un evaporador rotativo marca Büchi, modelo R3000. La transesterificación se realizó utilizando 20% en volumen de metanol (95% de pureza) e hidróxido de sodio o de potasio (grado industrial) como catalizadores. Se trabajó con aceites de diversa procedencia (refinado de cocina, crudo de palma, palmiste, sacha inchi, umarí, aguaje, tempate, ricino, girasol, soya, castaña y aceites vegetales usados). De acuerdo con las características de cada aceite, se realizaron tratamientos de refinación previos a la transesterificación, tales como filtrado de impurezas, secado y neutralización y filtrado de ácidos grasos libres. A partir de las pruebas a escala de laboratorio y de la revisión de modelos de pequeñas plantas de producción de biodiésel en otros países, se diseñaron y construyeron dos sistemas:

• Un reactor para producir biodiésel a escala pequeña a partir del procesamiento de 50 litros de aceite, para ser utilizado en fábricas o zonas urbanas con aceites de descarte.
• Un reactor de bajo costo para producir biodiésel a partir del procesamiento de 40 litros de aceite en zonas rurales, sin requerimientos de energía eléctrica.

En ambos casos, el reactor va acompañado de un sistema de lavado y filtrado del biodiésel para su purificación. El funcionamiento de estos reactores fue probado en la producción de biodiésel a partir de aceite de cocina refinado, aceite de cocina usado y aceite de palma crudo.

RESULTADO

Tabla 1. Proceso de extracción de aceite de algunas oleaginosas amazónicas.

Tabla 2. Características de los aceites en relación con los rendimientos de producción de biodiésel

Propuesta tecnológica para la producción de biodiésel en comunidades de selva

El modelo tecnológico para la producción de biodiésel en comunidades de selva construido consta de un barril de acero inoxidable de 50 litros de capacidad donde se lleva a cabo la transesterificación del aceite, con una tapa superior hermética para cargar el aceite y alcohol. Las tuberías, válvulas, codos y niples son de fierro

José Calle, Javier Coello, Paula Castro.

Figura 3. Diseño del tanque de lavado

     

galvanizado. Está equipado con un agitador manual construido en base a un sistema de manivela con álabes y eje del agitador de acero, un sistema de engranajes para conectar el eje del agitador y el eje exterior, y un sistema de engranajes cónicos para conectar el eje exterior y la manivela. La temperatura en el reactor se controla mediante un termómetro de alcohol (rango

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de 20 a 200º C) adosado a la parte inferior del tanque. Incluye también un sistema de recuperación de alcohol, utilizando un serpentín hecho con un tubo de cobre de 1/4" dentro de un tubo de PVC de 3" conectado a mangueras para enfriamiento con agua. En las figuras 5 y 6 se puede apreciar este modelo artesanal de reactor.

Figura 5. Diseño del reactor artesanal construido

DISCUSIÓN

Tabla 3. Características del biodiésel obtenido según estándares internacionales.

Propuesta tecnológica para la producción de biodiésel en comunidades de selva

El diseño del modelo tecnológico para la producción de biodiésel en comunidades de selva se realizó a partir de los siguientes supuestos:

• No se cuenta con energía eléctrica.
• Es necesario obtener el aceite a partir de los frutos
• o semillas.
• Se requiere utilizar materiales baratos y fáciles de conseguir.
• Se usarán aceites crudos que posiblemente necesiten un tratamiento de refinación previo.
• La operación del equipo debe ser sencilla para que los propios pobladores lo puedan manejar.

Por ello, esta propuesta tecnológica ha considerado:

• Un prototipo de prensa hidráulica para la extracción de aceite.
• Pretratamiento del aceite: determinación de acidez libre, saponificación y filtrado.
• Un reactor de biodiésel construido en base a un barril de cerveza en desuso y con agitación manual y calentamiento de fuente externa, como por ejemplo por briquetas elaboradas en la misma prensa hidráulica a partir de las tortas o los residuos de los frutos y semillas de donde el aceite se extrajo y de la glicerina restante de la transesterificación.
• Un sistema de lavado del biodiésel similar al del modelo anterior.

Adicionalmente, se construyó un modelo de prensa para la extracción de aceites, en base a una gata hidráulica, un armazón de fierro y un filtro hecho en acero inoxidable. La prensa fue utilizada con éxito para extraer aceite de diversas semillas y pulpa seca de frutos, como piñón, tempate, umarí, aguaje y pijuayo. Dado que su funcionamiento por lotes y su tamaño pequeño sólo permiten procesar poca cantidad de insumo, ideal para fines de investigación, a partir de este modelo se tendría que diseñar uno de mayor capacidad y que pueda ser utilizado con fines productivos. La prensa se puede observar en la figura 7.

Figura 7.: Prensa hidráulica.

CONCLUSIONES

La presente investigación ha avanzado en evaluar la viabilidad técnica de producir biodiésel a pequeña escala a partir de insumos oleaginosos no convencionales, en condiciones artesanales y a partir de aceites comestibles usados. Para el primer caso, aún resta evaluar si socialmente este proceso puede ser adoptado por los pobladores de comunidades rurales de la selva peruana y convertirse así en una fuente alternativa, local y renovable de energía eléctrica. En este escenario, la principal ventaja que presenta el biodiésel es la de facilitar el aprovisionamiento local de una fuente renovable de energía de manera simple y sostenible. Para el segundo caso, se considera que en el corto plazo, en el Perú, es posible emprender un proceso de producción de biodiésel a mediana escala orientado al aprovechamiento de aceites usados provenientes de restaurantes diversos para su uso como aditivo en vehículos diésel. Con esto se puede contribuir a paliar uno de los principales problemas de las grandes ciudades del país: la contaminación atmosférica.

Con estos fines, cabe recomendar en el corto y mediano plazo:

• Estudiar la oferta de aceites comestibles usados en ciudades del país y su destino actual.
• Desarrollar la ingeniería y las estrategias de gestión necesarias para el diseño e implementación de

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sistemas distritales de producción de biodiésel, así como la logística de abastecimiento del aceite y alianzas estratégicas con municipios e instituciones ambientales.

• Implementar un sistema piloto de producción de biodiésel a nivel urbano aprovechando aceites comestibles usados, que muestre que el biodiésel es una opción viable en el Perú.
• Desarrollar estudios de prefactibilidad técnico-económicos para las diferentes posibilidades de producción de biodiésel a partir de oleaginosas amazónicas:
• Evaluar el potencial actual de poblaciones naturales de diversas oleaginosas amazónicas.
• Analizar la posibilidad de establecer plantaciones de estas especies para la producción de biodiésel en la selva peruana.
• Evaluar el interés de los palmicultores en derivar parte de su producción de aceite para la fabricación de biodiésel.

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