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Producción y caracterización de biodiesel producido por algas

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Gabriela Ramdel

on 22 August 2014

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Transcript of Producción y caracterización de biodiesel producido por algas

Introducción
Producción y Caracterización de biodeisel producido por algas
El biodiesel está ganando importancia como uno de los sustitutos más importantes para los combustibles fósiles.
VENTAJAS
Puede ser usado sin modificar el motor
Propiedades Físicas y Químicas similares al diesel de petroleo.
Biodegradable y no tóxico
DESVENTAJAS
Aumento en las emisiones de NOx
Falta de estabilidad en la oxidación
Pobre flujo frío
El uso de microalgas presume grandes ventajas como una alta eficiencia fotosintética, una mayor producción de biomasa y su capacidad por crecer casi en cualquier lugar
Objetivos
Caracterización detallada de la biomasa, aceite y el biodiesel de algas
Evaluar el potencial de producción de biodiesel de diferentes especies de algas como
Metodología
Microalgas
Medio y condiciones de crecimiento
50 ml de medio BG11 estéril
Exposición a la luz directa del sol
120 rpm y 24°C durante media hora
En cámaras de crecimiento son incubados a 25+/-1°C expuestos a ciclos 12:12 de luz oscuridad de 15 a 18 días
Burbujeo con aire a presión normal
Evaluación del Crecimiento
Presencia de BG11
Ausencia de BG11
(Agua de grifo)
Chlorella y Spirulina
Contenido de Clorofila
Peso seco celular
Chinnaswamy
Un volumen conocido de biomasa se suspendió en el medio y se centrifugó a 8000 rpm por 10min.
Se suspende en metanol.
Baño María durante media hora a 60°C con el fin de extraer la clorofila.
La concentración de clorofila se determinó por espectrofotometría UV/VIS
Un volumen conocido de biomasa se centrifugó a 8000 rpm durante 10 min.

La biomasa recogida se lavó con agua destilada para eliminar las sales presentes.

Se filtró con papel de filtro previamente pesado y se secó durante la noche a 60°C y se pesó.
Extracción de aceite
Valoración por Transesterificación catalizada por ácidos con 9.42 mg KOH/g para alga Spirulina y 8.86 mg KOH/g para algas de estanque
O
||
C - CH3 + H
/
CH3O
RO
O
||
C - CH3 + H
/
RO
CH3O
Extracción de aceite seguida de transesterificación
2 Etapas
Desgrasado utilizando Soxhlet (Hexano 56°C)
Transesterificación para producir biodiesel
Tratamiento con metanol y H2SO4 concentrado como catalizador durante 1 hora
En embudo de separación se recupera la fase superior para lavarlo con agua y destilarla
1 Etapa
Extracción de aceite simultanea a la transesterificación
La biomasa pulverizada, el metanol y el catalizador H2SO4 concentrado se agregaron al reactor a 60°C por 1 hora.
Al completar la reacción se dejaron enfriar y se agregó agua destilada.
Se transfirieron al matraz de decantación, la fase superior se sometió a destilación para recuperar el biodiesel
CARACTERIZACIÓN
RMN de protón H1 y C13:
Bruken Spectrospin 300 a 300 MHz TMS como ST 1:1
Infrarrojo (Transformada de Fourier):
Con espectrofotómetro FTIR utilizando pastillas de KBr y polvo de algas.
Cromatografía de gases:
Mezcla de 27 componentes SUPELCO™ como ST, una columna SP-2560 y un detector de ionización de llama, 260°C usando N como gas portador.
El horno a 140°C por 5min después se aumenta 4°C/1min hasta llegar a 240°C
Análisis CHNS
A partir de CHNS analizador el Oxigeno se determina por diferencia
Humedad, materia volátil y cenizas por el protocolo de ASTM
Análisis Proximal
Propiedades del combustible
Las propiedades obtenidas se compararon con las de las normas estándaresASTM D 6571 y EN 1424
Densidad (botella de gravedad específica)
Viscosidad (viscosímetro rotacional Fungilab)
Índice de acidez (análisis de titulación)
Valor calorífico (RSB Rajdhani bomba calorimétrica digital)
Punto de fluidez (montada punto de fluidez tester)
Punto de inflamación (punto Pensky-martens Flash tester-Biomate)
Valor a la corrosión (corrosión del cobre)
Resultados
Evaluación de Crecimiento
Producción de Biodiesel
CARACTERIZACIÓN
Se encontró que la cantidad de clorofila y de peso seco celular fueron menores en el cultivo sin medio BG11
Chlorella
3,88 mgml;
Spirulina
2,56 g/ml y algas de estanque 1,84 g/ml
Chlorella 1,35 g/L; Spirulina 0,94 g/L y Algas de estanque 0,82 g/L
Se observó que el proceso de una sola etapa dio lugar a un mayor rendimiento de biodiesel. Por otra parte el hexano da mayor rendimiento que el cloroformo.
Análisis Proximal
Análisis CHNS
H1 RMN
FTIR
Análisis CG
Propiedades del Combustible
Al comparar el porcentaje elemental de aceite de algas y su biodiesel se observó:

Un aumento en el porcentaje de C y H en el biodiesel algas, lo que representa un valor de calentamiento más alto.

La disminución en el porcentaje de S, N y O en el biodiesel.
Explica la estructura de compuestos químicos: La presencia de picos a 3,6 ppm y 2,3 ppm confirmó la presencia de los
ésteres metílicos
en la muestra. 1 H RMN del diesel mostró al grupo de picos a 0,8-3 ppm de
hidrógenos alifáticos
y otro grupo en el rango 6.8 a 7.2 ppm de
hidrógeno aromático.

Los Picos cerca 174 ppm y 50,83 ppm relacionados con
carbono del éster carbonilo y el grupo metoxi
respectivamente dan una idea de la conversión de aceite de algas en biodiésel.
Los picos en la gama de 127,8 a 129,7 ppm indican la presencia de
ésteres insaturados
en el biodiesel.
C13 RMN
La región en el espectro desde 3100 hasta 2800 cm- 1 indica la presencia de lípidos decrece en la muestra por grupos
-CH2-
que forman la columna vertebral de los lípidos

Los picos típicos a 2927 y 2860 cm-1 se deben a grupos
-CH2-
.

Un pico en el intervalo de al 1437-1460 cm- 1 en el espectros de biodiesel debido a la fracción de
éster de metilo
y al 1743 cm- 1 correspondiente al estiramiento
NC=O
. La presencia picos a 2924 cm-1 y 2853 cm-1 indica la conversión de aceite a biodiesel (
hidrocarburo alifático
)
Para estudiar la composición química del biodiesel comparados con el ST SUPELCO™
Ésteres de metilo saturado
: palmítico, caprílico, mirístico, láurico, esteárico y
ésteres de metilo insaturad
o: linolénico, linoleico, oleico, palmitoleico, pentadecanoico en ambos cromatogramas de biodiesel algas. Y un pico extra de
ácidos grasos poliinsaturados
eicosapentaenoico en el caso del biodiesel de algas de agua de estanque.
Densidad
860 kg/m3
Spirullina
y 870 kg/m3 algas de estanque
Viscosidad
5,66 mm2/s
Spirullina
y 5,92 mm2/s para algas de estaque
Peso específico
0,865 Spirullina y 0,878 Algas de estanque
Índice de Acidez
0,45 mgKOH/g
Spirulina
y 0,4 mgKOH/g Algas de estanque
Valor calorífico
41,36 MJ/kg
Spirullina
y 40,8 MJ/kg algas de estanque
Punto de inflamación
130°C
Spirullina

Punto de fluidez
dentro de los ST Americanos y Europeos

La corrosión
del cobre cayó en la Clase 1 menor corrosión con el tiempo.

Discusiones
Conclusiones
La composición elemental de las tres especies fueron más o menos la similares y es comparable con la de biodiesel karanja establecido

Con base a la composición de ácidos grasos y las propiedades del combustible el biodiesel producido a partir de algas
Spirulina
y agua del estanque puede ser una buena alternativa al diesel convencional.
Las algas de estanque crecen naturalmente en presencia de nutrientes a su alcance. Se espera poder utilizarlas para reducir el coste global del proceso de producción de biodiesel
Los lípidos se disuelven con mayor eficacia en hexano que en cloroformo por la menor polaridad que presenta el hexano.
El bajo contenido de humedad ayuda a una mejor extracción de aceite que resulta en mayores rendimientos
Cuanto menores sean los % de el N y S, menore serán las emisiones de (NOx y SO2).
Cuanto menor sea el porcentaje de oxígeno, menor será la degradación oxidativa del biodiesel (mayor estabilidad).
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