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La investigación se enfoca en la producción de Biodiesel de Microalgas. El biodiesel es un importante tipo de energía renovable. Presenta maneras de hacer las microalgas mas costo efectivas de dos maneras: alterando el contenido de lipidos y mejorando su cultivo. También presenta una manera prometedora de producir Biodiesel. Esta es utilizando alcoholes supercriticos para la transesterificacion.
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Marisel De Jesus Vega
INTD3355- 002
Profesora Liz M. Pagan
En este trabajo se presentara información sobre las energías renovables. El trabajo se enfocara en el biodiesel, que es un tipo de energía renovable. Se presentara lo que es el biodiesel y como producirlo usando microalgas como materia prima. Se hablara sobre la transesterificacionusando alcoholes supercriticos ya que este modo es muy beneficioso.
Fuentes de energía caracterizadas por que se reponen a un ritmo igual o mas rápido del que son consumidas.
Ejemplos:• Solar• Eólica (molinos de viento)• Biodiesel (producido de materia prima)
Se obtiene:• de fuentes naturales, como el sol, que contiene una
gran cantidad de energía • o de fuentes naturales que son capases de
regenerarse por medios naturales
Figura #1: Curva de población global en correlación con la curva de emisión de
CO2. (González, 2009).
Algunas de las razones por las que se
necesitan fuentes de energía renovables
independientes de los combustibles fósiles
son: • problemas políticos y sociales entre países que
dificultan la localización de las fuentes de energía
• El alto gasto/consumo energético debido al
aumento en población causa el agotamiento de
combustibles fósiles
• Se predice que estos combustibles fósiles se
agotaran completamente en los próximos años.
Además de la dependencia de las
energías de combustibles fósiles, estas
energías tradicionales:• Aumentan el calentamiento global
• Aumentan las lluvias acidas
• Aumentan la contaminación atmosférica
Esto factores negativos no se obtienen
utilizando energías renovables.
Fuente renovable de energía, biodegradable y no toxica, que se obtiene de materiaorgánica y biomasa mediante la transesterificacion en presencia de un catalizador para producir ésteres metílicos y glicerina.
Muchas investigaciones tratan de encontrar otros métodos para obtener mejor rendimiento de biodiesel por materia prima.
Transesterificación es el proceso
de intercambio de un grupo orgánico R‟‟ y
de un éster con el grupo orgánico R„ de
un alcohol.
Estas reacciones son normalmente
catalizadas por la adición de un
catalizador ácido o base.
triglicerido + éster → alcohol + éster diferente
Fluidos supercriticos son fluidos a una
temperatura y presión mayor que la
temperatura y presión critica.
Estos se encuentran entre liquido y gas y
tienen propiedades tanto de líquidos como
de gases, lo que los hace tener ser
diferentes y que con solo variar la presión
se logran cambiar muchas de estas
propiedades.
Gran grupo de microorganismos que crece en agua de mar, agua dulce, lugares húmedos y en todo tipo de cuerpos de agua.
Son fotosintéticosSon la base de la cadena alimentaria
acuática. Se utilizan como: gran fuente de
proteínas, minerales y vitaminas, shampoo, helados, fertilizantes y en diferentes experimentos científicos.
Las microalgas:• contienen un alto numero de lípidos
• tienen tasas de crecimiento rápido
• son capaces de crecer en cualquier tipo de agua y
en terrenos no cultivables
• su cultivo no necesita de herbicidas o pesticidas
Por estas razones las microalgas son
consideradas como una gran fuente de
biocombustibles.
Desventajas:• la producción de microalgas es generalmente
más cara que los cultivos de plantas
• la recolección de biomasa de algas es costosa
• en sistemas de gran escala la productividad de
los cultivos de microalgas puede verse afectada
por la contaminación con algas y otros
microorganismos no deseados.
Los nuevos hallazgos encontrados son:• Como hacer las microalgas mas costo efectivas
• Como producir biodiesel de microalgaes utilizando
alcoholes supercriticos
Estos nuevos hallazgos son importantes ya
que la mayor desventaja de usar microalgas
es el alto costo de producción. También por
que el usar alcoholes supercriticos tiene un
sin numero de ventajas adicionales a las de
usar microalgas.
El uso de microalgas puede ser mas costo eficiente con el nuevo hallazgo ya que se puede maximizar la producción de biodiesel aumentando el contenido de lípidos en las algas; los lípidos son los que contienen los esteres necesarios para la transesterificacion.
Se presentaran nuevas maneras de:• aumentar el contenido de lípidos en las algas
• mejorar el proceso de producción
Aumentando el contenido de lípidos por:• Control biosintetico
• Ingeniería genética
Escogiendo el mayor contenido de lípidos
por:• Selección de cepa
Bajando el costo de producción por:• Catálisis enzimática
• Mejorar el diseño del fotobioreactor
Alterar la composición celular de las microalgas.
Estudios recientes han encontrado que es posible promover el almacenamiento de carbono como molécula de lípidos, en lugar de almidón. Esto se logra mediante el cultivo de algunas microalgas en condiciones donde la luz de CO2 y el carbono estén fácilmente disponibles y un solo nutriente se mantenga limitado, como por ejemplo el nitrógeno.
La formación de lípidos en las microalgas puede
también ser promovidas por la adición de un
nutriente y no por la limitación.
Ejemplo añadir hierro al cultivo de microalgas
puede resultar en un mayor contenido de
lípidos, lo que resulta en una mayor producción
de biodiesel.
El objetivo clave de la ingeniería genética es
alterar los genes que codifican las enzimas
implicadas en la ruta de producción de lípidos
para que la producción de los mismos sea
mayor.
Hasta el momento este aumento de lípidos se
ha logrado en otra especies parecidas a las
microalgas. En las microalgas solo se ha
logrado el aumento de proteínas.
Esto es algo que sigue en investigación.
Otra manera de aumentar el rendimiento de los lípidos es la selección de las especies o cepas de microalgas con alto contenido de lípidos naturales ya que incluso dentro de una sola especie de microalgas, el contenido de lípidos puede variar de una cepa a otra.
Esto se logra haciendo:• análisis espectrofluorometrico
• análisis gravimétricos tradicionales
• entre otros
Estos diseños facilitan la selección de cepas y a su vez optimizan la producción de biodiesel de microalgas.
La transesterificacion utilizando catalizadores
básicos es la mas común.
Desventajas que hacen que estos catalizadores
básicos aumenten el precio del biodiesel son:
• dificultad de remover el catalítico al final
• inhabilidad de procesar materias primas puras
Un alternativa es la producción por catálisis
enzimática.
La enzima lipase es utilizada como catalizador en
esta transesterificacion de catálisis enzimática.
La transesterificacion utilizando lipase como
catalizador puede producir un mayor rendimiento
de biodiesel con una recuperación de catalizador y
producto mucho mas simple.
Desventajas:
• lipase es una enzima relativamente cara
• su actividad enzimática es inhibida por la
presencia de metanol (lo que siempre esta
presente en la reacción)
Los estanques abiertos son los medios
tradicionales de cultivo masivo. La ventaja es que
son baratos para construir y mantener pero, la
desventaja es que, no son aptos para la
producción de biodiesel a gran escala.
La opción más viable es el uso de los diferentes
diseños de fotobioreactores para
producir grandes cantidades de microalgas
aunque sean mas caros.
Estos fotobioreactores donde se producen las
microalgas pueden mejorar si por ejemplo:• Se hace un buen uso de la luz que entra a ellos y se
diseñan para que dicha luz se mantenga por mas
tiempo, esto se logra por ejemplo pintando de blanco
alrededor del reactor para que se refleje la luz por la
noche.
• También es importante mantener cierta temperatura.
Esto se logra esparciendo agua de un espray o
sumergiendo el reactor en agua durante el día.
El otro hallazgo encontrado que puede
mejorar los métodos tradicionales de
producción de biodiesel es: • utilizar alcoholes supercriticos en la
transesterificacion en vez de alcoholes en
condiciones normales
Los alcoholes supercríticos pueden utilizarse en lugar de alcoholes comunes o catalizadores en la reacción de transesterificación. Este proceso es una técnica investigada y prometedora ya que no requiere mucha energía y ayuda a conservar el medio ambiente. Además de que se reduce el tiempo de reacción.
El tiempo de reacción se reduce debido a que no se necesita romper la célula en un principio paraobtener los lípidos ya que la alta presión del alcohol supercritico rompe la pared celular, de estamanera lleva a cabo dos pasos en solo uno.
Además, el método usando alcoholes
supercriticos no necesita usar catalizador lo
que convierte al proceso en uno mucho mas
simple al momento de la purificación final ya
que sólo la eliminación del metanol que no ha
reaccionado es necesaria.
Además, se produce un % de rendimiento
más alto.
Algunas de las desventajas del uso de
alcoholes supercríticos son:• mayor presión necesaria
• mayor temperatura necesaria
Estas condiciones necesarias causan
costos adicionales en la producción y que
el proceso sea mas inseguro.
De donde obtuve la información y
referencias
Esta información se obtuvo mayormente
de diferentes artículos de revistas
científicas, paginas de internet y libros.
La información de artículos de periódicos y
de tesis encontradas anteriormente no fue
de gran ayuda para esta investigación por
lo que no fueron incluidas.
La información sobre energía renovable se obtuvo del libro de Jaime Gonzalez titulado Energía Renovable y de diferentes paginas de internet como por ejemplo wikipedia.
La información de biodiesel y de transesterificacion es un resumen de información que se obtuvo de diferentes paginas de internet, libros y de todas las otras referencias ya que todas introducían estos términos.
La información de fluidos supercriticos se obtuvo de diferentes artículos de revista que introducían el termino.
La información sobre las microalgas se obtuvo mayormente de la pagina de internet: http://www.70centsagallon.com/Algae.html y del libro titulado Algae Energy: Green energy and Technology.
La información de hacer las microalgas mas costo efectivas se obtuvo del articulo de revista de Raehtz titulado Challenges and Advances in Making Microalgae Biomass a Cost Efficient Source of Biodiesel.
La información de transesterificacion utilizando alcoholes supercriticos se obtuvo del articulo de revista de Wang, He, Xie, Yang, y Zhu, (2007) titulado Transesterification of the crude oil of rapeseed with NaOH in supercritical. Esta informacion tambien se obtuvo del articulo de Demirbag, Biodiesel fuels from vegetable oils viacatalytic and non-catalytic supercritical alcohol transesterifications and other methods: a survey. También se obtuvo información para esto del articulo de Levine, Pinnarat, y Savage titulado Biodiesel Production from Wet Algal Biomassthrough in Situ Lipid Hydrolysis.
Los libros utilizados fueron encontrados
en google books usando términos
claves como: energía
renovable, biodiesel y microalgas.
Las paginas de internet utilizadas
fueron encontradas en el google search
bajo los mismos términos utilizados
para buscar los libros.
Los artículos de revista fueron encontrados utilizando las bases de datos de ingeniería química que aparecen en la pagina de la biblioteca library.uprm.edu. Las bases de datos de ingeniería química utilizadas fueron: American Chemical Society, Engineering Village y CRCnetBASECHEMnetBASE. Cada una de estas bases de datos tiene su propio “search” pero en todas utilicé palabras claves como: biodiesel, transesterification, microalgae, supercritical, entre otras. De las referencias que resultaban de la búsqueda fui leyendo y descartando las que no necesitaba hasta que encontré información valiosa en las utilizadas.
Las búsquedas fueron hechas en ingles ya que así se encuentra mas información
La búsqueda de libros y paginas de internet fue mas fácil
ya que la información buscada y encontrada en ellas es
una información mas general.
Por el contrario buscar información mas especifica, como
por ejemplo la encontrada acerca de la
transesterificacion utilizando fluidos supercriticos, fue
mas difícil ya que aparece menos información y fue
necesario ir cambiando los términos a medida que iba
encontrando la información para hacerla mas especifica
y así poder enfocarme en un tema mas especifico como
lo fueron el uso de microalgaes y su costo eficiencia y el
uso de alcoholes supercriticos para la transesterificacion.
En conclusión, la implementación de nuevas energías renovables es necesaria ya que son independientes de los combustibles fósiles. Además de que las energías renovables tienen muchos mas beneficios que las energías de combustibles fósiles. Como por ejemplo: menos emisiones de dióxido de carbono lo que es mas beneficioso para el medio ambiente.
Hay diferentes tipos de energías renovables, este trabajo se enfoco en el biodiesel que es producido de diferentes biomasas. Lo malo del proceso de producción de biodiesel es que suele ser mas caro. Es por esto que en este trabajo buscamos reducir estos costos.
Según la investigación hecha, estos costos se puede
reducir usando microalgas ya que contienen una mayor
cantidad de lípidos. A su vez estas microalgas se pueden
tratar para que tengan un mayor contenido de lípidos y a
su vez un mayor rendimiento de biodiesel.
Otra manera de reducir costos es sustituir el uso de
catalíticos por alcoholes supercriticos ya que utilizando
alcoholes supercriticos no se necesita ningún catalizador.
Además utilizando alcoholes supercriticos se simplifica el
proceso ya que no se necesitan procesos de extracción
de los lípidos de las células antes de la reacción y no se
necesitan procesos de purificación del producto para
eliminar el catalizador al final de la reacción.
La desventaja de utilizar alcoholes supercriticos es que las altas presiones y temperaturas de estos son difíciles de alcanzar y mantener, además de que son mas costosos energéticamente.
En conclusión, el proceso de utilizar alcoholes supercriticos tiene ventajas como el no necesitar catalizador, reducir el tiempo de reacción y hacer un proceso mucho mas simple. La desventaja es el alto costo.
Por tal razón una recomendación para una investigación futura seria el añadir un co-solvente al sistema ya que estos disminuyen las altas temperaturas y presiones del alcohol supercriticodejando las mismas propiedades de supercritico.
Alghea Photobioreactor. (2009). Retrieved from BioFuelTechnologies: http://www.70centsagallon.com/Algae.html
Benjumen, P., Agulelo, J. R., & Rios, L. A. Biodiesel: Producción, calidad y caracterización. (U. d. Antioqua, Ed.)
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Demirbag, A. (2003). Biodiesel fuels from vegetable oils via catalytic and non-catalytic supercritical alcohol transesterifications and other methods: a survey. EnergyConversion and Management , 2093–2109.
Demirbas, A., & M.F., D. (2010). Algae Energy: Green energy and Technology. (Springer, Ed.) New York.
González, J. (2009). Energías Renovables. (Reverte, Ed.) Barcelona.
Levine, R. B., Pinnarat, T., & Savage, P. E. (2010, August 12). Biodiesel Production from Wet Algal Biomass through in Situ Lipid Hydrolysis. Energy Fuels , 5235-5244.
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Wikipedia. (2010, Noviembre 30). Retrieved fromhttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel
