Obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales empleando catalizadores sólidos nanoestructurados

Abstract

Más allá de las ventajas ambientales que implica el uso del biodiesel como sustituto del diesel de petróleo, la industria actual todavía enfrenta numerosos desafíos. A pesar de las disposiciones legales existentes en Argentina, que fomentan la mezcla del petrodiesel con biodiesel mediante una tasa de corte obligatoria, reducir los costos del producto para hacerlo más competitivo continúa siendo un reto. Asimismo, el proceso catalítico homogéneo que se emplea consume grandes cantidades de agua y energía para la purificación del producto final, generando efluentes que precisan ser tratados antes de su disposición final. En consecuencia, surge como alternativa la catálisis heterogénea: la aplicación de un catalizador sólido no sólo reduciría la necesidad de varias etapas de purificación, sino que también permitiría su reutilización a lo largo de varios ciclos de reacción. Esto último resultaría ventajoso frente a los catalizadores en solución que se usan en el presente, que no pueden recuperarse y que, por ende, precisan ser tratados junto con el resto de efluentes. Con esta premisa, la presente tesis doctoral se enfoca al desarrollo de catalizadores sólidos nanoestructurados destinados a la producción de biodiesel de primera y segunda generación mediante procesos catalíticos heterogéneos alcalinos. Puesto que el sistema de poros nanométrico que poseen las sílices mesoporosas les otorga grandes superficies específicas y las convierte en soportes idóneos para la dispersión de especies activas, con este fin, se sintetizaron y caracterizaron catalizadores a base de SBA-15 modificada con sodio y cerio mediante impregnación húmeda. Se hizo especial énfasis en cómo las variables de síntesis afectan las propiedades morfológicas, estructurales y texturales de estos materiales, así como también en la naturaleza, distribución y fuerza básica de las especies metálicas incorporadas. La actividad de los catalizadores preparados se evaluó en la transesterificación de diferentes materias primas oleosas (aceites comerciales de girasol y de soja, usado de cocina, aceite ácido de las pastas de neutralización y de Jatropha hieronymi) con metanol absoluto como alcohol de cadena corta. Con el propósito de conseguir un producto que cumpliera con las normar internacionales de calidad, se optimizaron las condiciones de reacción y se realizó un estudio de las propiedades fisicoquímicas de los aceites para correlacionarlas con su comportamiento. Del mismo modo, se establecieron relaciones intrínsecas entre las propiedades fisicoquímicas de los catalizadores, su actividad y su capacidad para ser reutilizados. Estas correlaciones sumadas al análisis del efecto de los distintos parámetros de reacción permitieron inferir sobre las especies catalíticamente activas involucradas en el proceso. Para concluir, se presenta como avance la síntesis de un material híbrido inorgánico-enzimático capaz de catalizar tanto la reacción de transesterificación como la de esterificación. Esto último resulta de interés a la hora de trabajar con aceites con elevados contenidos de ácidos grasos libres y de humedad.