Introducción

En este siglo, el planeta está enfrentando serios problemas entre los cuales están la contaminación, el calentamiento global, el cambio climático, y la disminución de las reservas de petróleo. Frecuentemente se ha señalado como origen de los problemas mencionados el uso excesivo de los combustibles fósiles.  La sociedad consumista es adicta a la energía y con el crecimiento de la población también crece el consumo de energía que actualmente está basada en el petróleo. Este consumo de energía des-enfrenado nos conduce a un fin evidentemente gris para la humanidad, donde se presentan dos escenarios desalentadores.  Por un lado, la energía se está tomando principalmente de los combustibles fósiles y estos son finitos, es decir no son renovables y se acabarán más temprano que tarde (imagine una sociedad sin petróleo).  Por otro lado, aun suponiendo que se descubrieran reservas de petróleo para miles de años, su extracción por ejemplo en aguas profundas implica serios riesgos para el planeta, debido a los posibles derrames, como ocurre en el presente siglo XXI, sin contar que su combustión y utilización genera gases como el CO₂ que en gran parte se responsabilizan, por su efecto de invernadero, del calentamiento global. Este calentamiento a su vez es la causa del cambio climático cuyos efectos son, entre otros, fenómenos naturales más agresivos y frecuentes (huracanes, tornados), des-hielos, inundaciones, ondas de calor, sequías, y extinción de   especies. Todo este negro panorama ha renovado el interés de numerosos investigadores alrededor del mundo por encontrar y promover el uso de fuentes de energías limpias y renovables. La solución con toda seguridad no será única, cada alternativa energética será parte de la solución mundial.

Para atender esta problemática, el laboratorio de producción y caracterización de biocombustibles de la unidad Mérida del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN participa con su granito de arena en la búsqueda de fuentes energéticas alternas y renovables con la producción y caracterización de biodiesel a partir del aceite de Thevetia peruviana. Esta planta es ligeramente tóxica y por lo tanto se considera no comestible, tampoco consume grandes cantidades de agua y tiene otros subproductos que le proporcionan un gran potencial económico para el campo mexicano. La Thevetia es originaria de la América Tropical en la cual se incluye prácticamente todo México.

Objetivos

El objetivo del proyecto fue investigar la factibilidad de extracción de aceite vegetal a partir de semillas de Thevetia peruviana, convertirlo en biodiesel y determinar sus parámetros de calidad, factibilidad y rendimiento de conversión.

Materiales y Métodos

La fuente para la extracción de aceite fueron las semillas de una planta de Thevetia. Esta planta tiene un manejo de jardinería convencional, y esta ubicada en los terrenos del CINVESTAV-IPN, Unidad Mérida. El contenido de aceite por peso seco de semilla de Theveria se determinó en el laboratorio.  Se  emplearon dos métodos de extracción del aceite: por solvente hexano y por medios mecánicos con el uso de  una prensa hidráulica (gato hidráulico) de 6 toneladas. El aceite obtenido se filtro en una columna de carbón activado y se sometió a un proceso de conversión de aceite vegetal a biodiesel conocido como transesterificación. Químicamente el aceite vegetal está compuesto mayoritariamente de triglicéridos con diferentes ácidos grasos. En la transesterificación el aceite vegetal se hace reaccionar con etanol en presencia de KOH como catalizador y el resultado es glicerina y esteres. Estos últimos tan solo por el hecho de cumplir con los estándares internacionales de calidad de combustible pasan a ser biodiesel. En la figura 1 se puede observar el aspecto que tiene el biodiesel derivado del aceite de Thevetia.  El aceite y el biodiesel de Thevetia pasaron por diversas pruebas de laboratorio, algunas realizadas en CINVESTAV-Mérida y otras en laboratorios estandarizados. El aceite se caracterizó mediante la determinación de la gravedad específica, la viscosidad  el índice de acidez, yodo, saponificación, y peróxido. Después de la transesterificación los esteres fueron caracterizados mediante la determinación del punto de inflamación, glicerina libre, glicerina total, humedad y sedimentos, punto de niebla, índice de acidez, viscosidad cinemática e índice de cetano. Los valores hallados se compararon con los valores mínimos y máximos correspondientes listados en el estándar ASTM D6751.

Figura 1. Thevetia: néctar para abejas y biodiesel.

Resultados y Discusión

Los resultados indicaron que por extracción con solventes se obtiene un rendimiento  del 60% de aceite y por la extracción mecánica un 40%. A pesar de que la extracción mecánica da un menor rendimiento se utiliza más en el laboratorio porque es un proceso de extracción auto-sustentable que no requiere calentamiento ni solventes derivados del petróleo. La figura 2 muestra la pasta de Thevetia, o torta después que se le exprime el aceite mediante el prensado mecánico. Esta pasta o “torta” como se le conoce también es rica en proteínas y podría incorporarse a la alimentación animal.

Figura 2. Pasta de Thevetia, subproducto obtenido de la extracción del aceite por prensado mecánico es rica en proteínas y podría incorporarse como insumo en la alimentación animal de engorda.

Los parámetros de calidad del biodiesel, mencionados previamente, se encontraron dentro de las especificaciones críticas de calidad listadas en el estándar ASTM D6751. Por lo tanto se logró la obtención del biodiesel a partir del aceite de Thevetia, que sin duda se puede utilizar como fuente de energía en vehículos automotrices.

La planta adulta de Thevetia, bajo las condiciones establecidas, proporcionó en promedio 4,000 frutos/año, esta producción es superior a la producción de semillas de Thevetia crecida en la India y Nigeria (400 a 800 frutos por año). Los cuatro mil frutos de una planta proporcionan aproximadamente 1.2 litros de aceite por año, si se asume una densidad de 900 plantas por hectárea se estima 1080 litros/hectárea/año.

En la Tabla 1 se puede ver el rendimiento de aceite vegetal en litros por hectárea por año de varios cultivos empleados en la producción de biodiesel. Se observa que la Thevetia, empleada en este estudio, tiene un rendimiento de aceite dentro del rango de los cultivos clásicos (girasol, maní, colza).

En el CINVESTAV-IPN, unidad Mérida, actualmente se está trabajando en nuevos métodos de refinamiento de aceite, en la optimización del proceso de transesterificación del aceite de Thevetia y en la implementación en laboratorio de todas las pruebas de calidad del biodiesel. Además se investiga el efecto de estos combustibles en la degradación de los materiales de relevancia automotriz, por ejemplo aluminio y acero. La experiencia adquirida se está aplicando a otros aceites con potencial para producir biodiesel como aceite usado en la preparación de alimentos y próximamente en la producción de biodiesel a partir de microalgas. En estas tareas participan estudiantes de nuestra institución y de las escuelas de educación superior de la localidad como el Instituto Tecnológico de Mérida, y la Universidad Autónoma de Yucatán.