Transesterificación -Obtención de Biodiesel-

Una forma de reciclar aceites
es transformarlos en biodiesel

El aceite vegetal se puede utilizar directamente como combustible en los motores diesel, pero se requieren hacer ciertas modificaciones y ajustes en el motor. Resulta entonces más cómodo y práctico, transformar este aceite, de manera que pueda emplearse en estos motores sin mayor complicación. Para la transformación del aceite vegetal a biodiesel se han estudiado varios procesos entre los que están las microemulsiones, la pirólisis o craqueo térmico y la transesterificación. Entre todos estos, la transesterificación es el paso clave para producir un combustible limpio y medioambientalmente seguro partiendo de los aceites vegetales. (1)

Biodiesel es el nombre dado a un éster monoalquílico de combustión limpia, basado en un combustible oxigenado, derivado de materia prima natural y renovable tales como aceites vegetales nuevos o usados y grasas animales. El biodiesel resultante es muy similar, en sus características principales, al diesel convencional y puede combinarse en cualquier proporción con el diesel del petróleo para crear mezclas estables de biodiesel. (1)

La transesterificación, también conocida como alcohólisis, es la reacción entre un aceite vegetal o grasa con un alcohol para formar ésteres y glicerol, tal como se muestra:





Como vemos la transesterificación consiste en una secuencia de tres reacciones reversibles consecutivas. El primer paso es la conversión de triglicéridos a diglicéridos, seguida por la conversión de diglicéridos a monoglicéridos y finalmente de monoglicériodos a glicerol, obteniéndose una molécula de éster por cada glicérido en cada uno de los pasos. Para completar una reacción de transesterificación, se necesita estequiométricamente, una relación molar alcohol: triglicéridos de 3:1. En la práctica, para aumentar el rendimiento, esta relación es superior a la relación estequiométrica.
Generalmente para mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento se utiliza un catalizador. La reacción puede ser catalizada por álcalis, ácidos o enzimas. Los catalizadores alcalinos incluyen el NaOH, KOH, carbonatos y alcóxidos sódicos y potásicos tales como metóxido de sodio, etóxido de sodio, propóxido de sodio y butóxido de sodio. Como catalizadores ácidos en fase homogénea usualmente se utilizan los ácidos sulfúrico, sulfónico y clorhídrico. Las lipasas también han sido usadas como biocatalizadores. (2) Según estudios la transesterificación catalizada por bases es mucho más rápida que la catalizada por ácidos y es la más utilizada a nivel comercial. (2) En las reacciones catalizadas por base, el alcohol y el glicérido deben estar sustancialmente anhidros ya que la presencia de agua origina la saponificación parcial de los triglicéridos para la producción de jabón. El jabón disminuye el rendimiento de los ésteres y dificulta la separación del éster y el glicerol. Así mismo, el contenido de ácidos grasos libres también debería ser bajo cuando la transesterificación es catalizada por álcalis. Si no es así, se sugiere usar catálisis ácida o purificar los triglicéridos previamente mediante saponificación (llamado tratamiento alcalino) y luego ser transesterificados por catálisis alcalina. (2)
Como se mencionó anteriormente, debido a que la reacción es reversible, se utiliza un exceso de alcohol para desplazar el equilibrio hacia el lado de los productos (1). Los alcoholes usados son alifáticos primarios y secundarios monohídricos con cadenas de 1 a 8 átomos de carbono. (2) Los alcoholes usualmente usados en la transesterificación son el metanol, etanol, propanol, butanol y alcohol amílico. Sin embargo, el metanol y el etanol se utilizan con mayor frecuencia debido a su bajo costo y a ventajas fisicoquímicas como polaridad y menor tamaño de cadena. Esto promueve una reacción más rápida con los triglicéridos y facilita la disolución del NaOH. (2)
El producto de la reacción de transesterificación de triglicéridos es una mezcla de ésteres, glicerol, alcohol, catalizador y tri-, di- y monoglicéridos. Es importante la purificación de los ésteres ya que por ejemplo los monoglicéridos causan turbidez en la mezcla de ésteres. Las impurezas aumentan el punto de turbidez y el punto de fluidez. (2) El glicerol es un coproducto que se recupera porque éste tiene un valor como producto químico industrial, generalmente el glicerol se puede separar mediante decantación o centrifugación.

(1)ENWEREMADU, C., MBARAWA, M. Renewable and Sustainable Energy Review 13 (2009) 2205-2224.
(2)FANGRUI, M., MILFORD, H. Bioresource Technology 70 (1999) 1-15.