Tesis Ingeniería en Procesos Alimentarios

RESUMEN

Serna Cariño Rebeca. Programa educativo de Ingeniería en Procesos Alimentarios de la Universidad Tecnológica de Izúcar de Matamoros, Puebla. Mayo de 2011. VALORACIÓN DEL POTENCIAL DE ESPECIES VEGETALES DE LA MIXTECA POBLANA PARA LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL. Asesores: Dr. Amado Enrique Navarro Frometa, M. en C. Jorge Sevilla Díaz

En este trabajo se comparan especies oleaginosas que se encuentran en la región Mixteca (RM), en cuanto rendimiento y características del aceite que se extrae de sus semillas, como parte de los esfuerzos que se realizan para identificar fuentes para el biodiesel. El estudio se realizó con semillas de cuatro muestras de la especie Ricinus communis L. (Higuerilla, H), cuatro muestras de Jatropha curca L. (Piñón, P) y once muestras de Manihot foetida L. (Cucaracho, C), recolectadas, principalmente, en diferentes lugares del estado de Puebla. Los rendimientos obtenidos (extracción Soxhlet; con base en la masa de endospermo), fueron: 39 ± 2.4% para H, 42 ± 2.9% para P y 48 ± 2.4% para C. La composición de los aceites fue determinada por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas, determinándose los porcentajes de los ácidos grasos más importantes (# de carbono del ácido graso: dobles enlaces - porcentajes promedio en H, P y C: C16:0 – 2.37, 10.18, 10.41; C18:2 –6.15, 36.63, 66.74; C18:1 –17.05, 46.11, 18.61; C18:0 –2.57, 6.07, 2.94; C18:1-OH –69.87, 0, 0. Además de determinar su viscosidad, densidad, índice de saponificación, de acidez y refracción, los aceites fueron analizados mediante espectroscopia infrarroja. Se realizó una síntesis de biodiesel a micro escala con el aceite de C obteniendo biodiesel con un 83% de rendimiento. Los resultados obtenidos muestran que la Manihot foetida L., que abunda en forma silvestre en la RM, puede ser una fuente potencial de semilla para obtener biodiesel. No obstante, debe tomarse en cuenta que la semilla tiene un alto porcentaje de cáscara de dureza considerable. Estudios futuros deben enfocarse en el proceso de cultivo y propagación de la misma, así como evaluar la factibilidad económica de esta especie como fuente de obtención de biodiesel.

ABSTRACT

In this work oleaginous species that are found in the Mixteca Region (RM), are compared with respect to the yields and characteristics of the oil extracted from their seeds, as part of ongoing efforts to identify sources for biodiesel production. The study was doing with four seed samples of Ricinus communis L. (Higuerilla), four samples of Jatropha curca L. (Piñón, P ) and eleven samples of Manihot foetida L. ( Cucaracho, C ), collected in different places of the State of Puebla. The obtained oil yields (Soxhlet extraction; based on the mass of endosperm) were: 39.2 ± 4 % for H, 42 ± 2,9 % for P and 48 ± 2,4 % for C. The oils composition, determined by gas cromatography coupled to mass spectrometry, gave the following results, in terms of percentages of the more important fatty acids (carbon number of fatty acid:double bonds, average percentages in H, P and C): C16:0 – 2.37, 10.18, 10.41; C18:2 – 6.15, 36.63, 66.74; C18:1 – 17.05, 46.11, 18.61; C18:0 – 2.57, 6.07, 2.94; C18:1-OH – 69.87, 0, 0. In addition to determining viscosity, density, saponification index, acidity and refraction index, the oils were analyzed by Fourier Transformed infrared spectroscopy. A microscale synthesis of biodiesel was conducted with the oil of C with 83 % yield. The obtained results show that Manihot foetida L, which is abundant in the wild on the RM, may be a potential seed source for biodiesel. Nevertheless, the fact that the seed has a high percentage of peel of considerable hardness should be considered. Future studies should focus on the process of cultivation and propagation of this specie and to assess the economic viability of its use as a source for biodiesel production.

INTRODUCCIÓN

Una de las causas que condiciona la búsqueda de nuevas fuentes de energía es la disminución de las reservas conocidas de petróleo. La época de los “grandes” descubrimientos ya pasó y los campos gigantes de Rusia, México y Arabia Saudita, hace bastante que están en explotación. En la siguiente gráfica se indican en barras azules, el descubrimiento de grandes yacimientos de petróleo en el pasado y en amarrillo el pronóstico de descubrimientos.

Figura 1.- Exploración-Producción de petróleo (Álvaro, 2007).

Como puede observarse el pronóstico a largo plazo es de una disminución de las reservas.

Además de las fuentes renovables de energía, en los últimos años se está prestando atención creciente a los biocombustibles, que se obtienen a partir de residuos de cosechas y otras materias primas de origen vegetal. Se supone, en principio, que no deben competir con la producción de alimentos y que tienen un impacto neutral o negativo en el balance de CO2.

Los biocombustibles son una fuente de energía renovable, es decir que son más abundantes y menos perjudiciales para el medioambiente. Gozan de importantes ventajas en comparación con los actuales combustibles fósiles, puesto que al ser biodegradables no deben presentar una grave amenaza en caso de posibles derrames. También se ha ponderado el efecto de su utilización en la emisión de otros gases de efecto de invernadero. (Álvaro G, 2007).

Entre los biocombustibles un papel importante corresponde al biodiesel. Según estadísticas del Atlas de la Agroenergía (¿referencia?), la producción mundial de biodiesel se mantuvo relativamente estable entre dos y tres millones de toneladas anuales hasta el 2004, y no es hasta el 2005, cuando la producción se dispara hasta alcanzar en el 2008 las 11,1 millones de toneladas. Con ello se registra una tasa anual de crecimiento de 37% para el período 2004-08.

Figura 2.- Producción actual y capacidad de producción de biodiesel en el mundo, en el período 2002–2008. (Atlas de la Agroenergía)

Como parte de los esfuerzos que México desarrolla para la producción de biocombustibles y en específico de Biodiesel, en el presente trabajo se evalúan diferentes especies de semillas silvestres de la región Mixteca y se identifica la potencialidad del cucaracho (Manihot foetida) como alternativa viable para la producción de biodiesel, debido a su alto rendimiento en aceite, en base al endocarpio.

MARCO TEÓRICO

1.1. Los biocombustibles

Los biocombustibles (BC), son una fuente de energía renovable, dentro de esta categoría se encuentra la biomasa, la hidroelectricidad, la energía geotérmica, eólica y solar. Estos BC se obtienen a partir de plantas y residuos orgánicos es decir que son más abundantes y menos perjudiciales para el medioambiente. El bioetanol, el biodiesel y el biogás surgen como alternativa para reducir el impacto que causa el incremento en el costo del petróleo, así como reducir las aportaciones al cambio climático y emisiones de gases de efecto invernadero por el uso de combustibles fósiles. Después de un tiempo surgen los BC estos no compiten con la producción de alimentos. Su importancia dentro de las energías renovables se incrementa siendo consideraciones de importancia en la actualidad los posibles escenarios de introducción, aspectos relacionados con su calidad relativa a la satisfacción de estándares y la gama de vehículos que los pueden utilizar. La mayor ventaja de los biocombustibles, además de ser renovables, es que son neutros en CO2. Esto se contrapone con los combustibles fósiles que dominan la matriz energética mundial, tales como el petróleo, el gas o el carbón, fuentes muy contaminantes y con stock no renovable a nivel mundial, el cual se estima alcanzará para unos 40 o 50 años más. (Alonso, 2005-2010; Naik, 2010; Hoekman, 2009a y b; Mullen, 2010; Hassan, 2009; Pimentel, 2009; Refaat, 2010; Reijnders, 2010; Álvaro, 2007).

1.2. El biodiesel

Biodiesel es el nombre genérico para los metil o etil-ésteres producidos por transesterificación de un triglicérido de origen vegetal o animal. La utilización de aceites vegetales como biocombustibles en los motores Diesel (idea original de Rudolf Diesel), trae consecuencias negativas para el funcionamiento de los mismos que condicionan la necesidad de realizar modificaciones para precalentar el aceite, se incrementan las emisiones y además sería necesario incrementar el mantenimiento de los motores y sistemas de combustible, lo que los hace poco atractivos en su forma directa. Sin embargo, los esteres de los ácidos grasos que los componen, tienen mejor viscosidad y otras propiedades que han llevado a su utilización, recibiendo el nombre de biodiesel, siendo el biocombustible de mayor crecimiento relativo en Alemania como mayor productor. El biodiesel puro (BD), es una mezcla de esteres de ácidos grasos que se obtiene a partir de una gran diversidad de aceites vegetales y grasas animales, incluyendo los residuos de la utilización de los mismos. Su estructura le permite mezclarse bien con el diesel del petróleo (D), y su naturaleza alifática le confiere características en la combustión que se asemejan a las del diesel (D). Los combustibles comúnmente denominados “biodiesel” realmente son mezclas de D y BD. La ASTM publicó la norma D6751 para el BD, por lo que, más adecuadamente, cualquier mezcla de BD y D debe ser referida como mezcla de biodiesel (B%, por ejemplo B20 se refiere a una

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