Extracción y aprovechamiento como biocombustible del aceite de jatropha curcas. Estudio integrado

Zusammenfassung

El aumento de la población mundial y el desarrollo tecnológico producido en las últimas décadas, ha llevado a la explotación de los recursos naturales, a partir de combustibles fósiles no renovables, con el fin de satisfacer las necesidades energéticas. Dicha explotación de los recursos naturales y el procesamiento y consumo de los combustibles fósiles ha provocado un gran impacto medioambiental, provocando una degradación en la naturaleza, por la generación de residuos sólidos, líquidos y gaseosos que la tierra es incapaz de digerir. La sustitución de los combustibles denominados fósiles o tradicionales por combustibles de origen vegetal, biocombustibles, cobra una importancia vital en nuestros días por varias razones, por ser combustibles alternativos, fuentes de energías renovables, instrumento de lucha contra el deterioro medioambiental y factor de desarrollo de la agricultura e industrias derivadas, entre otros. La búsqueda de energías alternativas que reduzcan la dependencia petrolera y los problemas asociados a las materias primas de primera generación empleadas en la obtención de biocombustibles, motivan la investigación de la extracción del aceite de Jatropha curcas L. como materia prima para la producción de biodiésel. La presente Tesis Doctoral se desarrolla en este ámbito de energías renovables, centrándose en los biocombustibles, y, en concreto, en el biodiésel, a partir de un cultivo energético experimental, desarrollado en la Isla de Fuerteventura, formando parte de un proyecto de investigación interdisciplinar “DISA Biocombustible Jatrofa”, desde el año 2007. Para ello se realiza un estudio global tanto de la obtención de biodiésel a partir de semillas de Jatropha Curcas, provenientes de distintas cosechas, así como del aprovechamiento de los diferentes residuos generados durante el proceso. En este cultivo se utilizan diferentes variables, dos tipos de suelo, Gavia y Acarreo, dos tipos de agua, desalada y regenerada, dos tipos de riego, enterrado y superficial, y dos evotranspiración potencial, al 75% y al 100%, todo ello para dos variedades de Jatropha, Cabo Verde y Brasil, es decir, 32 variedades de cultivos y por tanto de semillas. Primeramente, se realiza un estudio de la extracción del aceite de Jatrofa con hexano, optimizando las variables de extracción, el pretratamiento de las semillas, la relación másica hexano/semillas y así como el tiempo de extracción, determinando el rendimiento en aceite y la caracterización de dichos aceites, para establecer sus posibilidades en la reacción de transesterificación. Para ello se han empleado las semillas con mayor disponibilidad, que coinciden con una de las de mayor producción para la cosecha de 2014. Además, se analiza la influencia de los parámetros de cultivo sobre la producción y la calidad del biodiésel obtenido a partir del aceite extraído de semillas de la cosecha del año 2014, utilizando las mismas condiciones de reacción de estudios previos del grupo de investigación de Catálisis Heterogénea (CaHe), de la Universidad de La Laguna, para las cosechas 2011 a 2013. El tener todo el estudio realizado para las mismas condiciones de reacción permite el análisis, con ayuda del programa estadístico SPSS, de la influencia de solo los parámetros de cultivos en el producto final obtenido y su evolución con el tiempo Con una mezcla de aceites obtenidos de diferentes cultivos, se lleva a cabo el estudio de la optimización de los distintos parámetros involucrados en la reacción de transesterificación catalítica homogénea básica, para la obtención del biocombustible, siendo dichas variables la temperatura de reacción, la relación molar metanol/aceite, la concentración del catalizador y el tiempo de reacción. Con el fin de reducir al mínimo necesario el número de experimentos, se emplea un diseño factorial 2k. Se determina el óptimo a partir del rendimiento y de la calidad del biocombustible producido, caracterizando cada uno de los biodiéseles obtenidos, mediante medidas de densidad, viscosidad, concentración en FAME’s e índice de acidez. Por último, se ha realizado un estudio de la valorización de los residuos obtenidos en la producción del biodiésel, a lo largo de toda la investigación, como son la pulpa del fruto de la Jatropha Curcas, la cáscara de la semilla, la pulpa procedente del proceso de extracción del aceite y la glicerina obtenida en la reacción de transesterificación. Esta valoración se ha realizado desde un punto de vista energético, tanto bioquímica como directa. La valorización bioquímica se realiza para la obtención de biogás, mediante digestión anaerobia, controlando las variables del proceso, la temperatura y el pH. Se ha analizado la composición del gas obtenido diariamente, así como su producción. Para la valorización energética directa de los residuos de torta y cáscara de semilla se ha determinado su poder calorífico constatando que pueden ser utilizados como combustibles sólidos en forma de pellets.