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Producción de biodiesel a partir de las grasas extraídas de la borra de café mediante un proceso en dos etapas: esterificación con H3PO4 y transesterificación con KOH

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Description

Se estudió la producción de biodiesel a partir de las grasas extraídas de la borra del café, empleando un proceso en dos etapas. Primero, las grasas se sometieron a un proceso de esterificación para estudiar el efecto de la relación molar grasa/metanol, la concentración de catalizador (H3PO4) y el tiempo de reacción sobre la conversión de los ácidos grasos libres (AGL) en ésteres metílicos. Se encontró que una doble esterificación en serie a 60°C y 100 rpm, a las mejores condiciones, relación molar grasa/metanol de 1:15, concentración de H3PO4 de 2,5% durante 120 minutos, redujo la acidez de 30,72 hasta 1,99%, con una conversión de 93,55%. Luego,las grasas esterificadas se sometieron a un proceso de transesterificación catalizada con KOH en presencia de metanol a 60°C, separando la mezcla por decantación y purificando el biodiesel obtenido mediante lavados con agua acidulada. El biodiesel resultó ser una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos linoleico (48,40%), palmítico (36,21%), esteárico (8,69%) y oleico (6,69%), con una concentración total de 112,924 ± 7,768 g/L. Las propiedades del biodiesel obtenido cumplen con los requerimientos de las Normas ASTM D-6751 y EN 14214 en cuanto a densidad y punto de inflamación. Sin embargo, el índice de acidez y la viscosidad resultaron mayores, limitando el uso del biodiesel producido directamente en motores diésel, pudiendo mezclarse con diésel comercial de petróleo para ajustar estos valores

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References

  • Sinha, S., Agarwal, A. K., y Garg, S., Biodiesel development from rice bran oil: Transesterification process optimization and fuel characterization. Energy conversion and management, Vol. 49, N°5, (2008), 1248-1257.
  • Diya'uddeen, B. H., Aziz, A. A., Daud, W. M. A. W., & Chakrabarti, M. H. Performance evaluation of biodiesel from used domestic waste oils: a review. Process Safety and Environmental Protection, 90(3), (2012), 164-179.
  • Ortiz Laurel, H.., Kippling, D. R., & Schümann, U. (2012). Potencial para el uso directo de los aceites vegetales en los motores de combustión. Revista mexicana de ciencias agrícolas, (4), 650-658.
  • Rojas G., Girón T., Torres A., Variables de operación en el proceso de transesterificación de aceites vegetales: una revisión-catálisis química. Revista Ingeniería e Investigación, 29:17-22.
  • Keera, S. T., El Sabagh, S. M., & Taman, A. R. (2011). Transesterification of vegetable oil to biodiesel fuel using alkaline catalyst. Fuel, 90(1), 42-47.
  • Tokimoto, T., Kawasaki, N., Nakamura, T., Akutagawa, J., & Tanada, S. (2005). Removal of lead ions in drinking water by coffee grounds as vegetable biomass. Journal of Colloid and interface Science, 281(1), 56-61.
  • Zuorro, A., y Lavecchia, R. (2012). Spent coffee grounds as a valuable source of phenolic compounds and bioenergy. Journal of Cleaner Production, 34, 49-56.
  • Kondamudi, N., Mohapatra, S. K., & Misra, M. (2008). Spent coffee grounds as a versatile source of green energy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(24), 11757-11760.
  • Cruz, R., Cardoso, M. M., Fernandes, L., Oliveira, M., Mendes, E., Baptista, P. y Casal, S. (2012). Espresso coffee residues: a valuable source of unextracted compounds. Journal of agricultural and food chemistry, 60(32), 7777-7784.
  • Urribarrí, A., Zabala, A., Sánchez, J., Arenas, E., Chandler, C., Rincón, M., y Aiello Mazzarri, C. (2015). Evaluación del potencial de la borra de café como materia prima para la producción de biodiesel. Multiciencias, 14(2):129-139
  • Karmakar, A., Karmakar, S., & Mukherjee, S. (2010). Properties of various plants and animals feedstocks for biodiesel production. Bioresource technology, 101(19), 7201-7210.
  • Demirbas, A. (2009). Biodiesel from waste cooking oil via base-catalytic and supercritical methanol transesterification. Energy Conversion and Management, 50(4), 923-927.
  • Schuchardt, U., Sercheli, R., & Vargas, R. M. (1998). Transesterification of vegetable oils: a review. Journal of the Brazilian Chemical Society, 9(3), 199-210.
  • Meher, L.C., Vidya Sagar, V., Naik, S.N. (2006). Technical aspects of biodiesel production by transesterification—a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 10: 248-268.
  • ASTM D482-13, Standard Test Method for Ash from Petroleum Products, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2013), www.astm.org
  • ASTM D664-11ae1, Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2011, www.astm.org
  • ASTM D445. Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity) ASTM International, West Conshohocken, PA, (2015), www.astm.org
  • ASTM D1298-12b, Standard Test Method for Density, Relative Density, or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2012), www.astm.org
  • Patil, P. D., & Deng, S. Optimization of biodiesel production from edible and non-edible vegetable oils. Fuel, 88(7), (2009), 1302-1306.
  • Singh, S. P., & Singh, D. (2010). Biodiesel production through the use of different sources and characterization of oils and their esters as the substitute of diesel: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews,14(1), 200-216.
  • ASTM D93-16a, Standard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2016), www.astm.org
  • Zabala, Albert. Producción de biodiesel de residuos de café utilizando diferentes catalizadores. Trabajo de grado. Programa de Maestría en Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Venezuela. (2012) 71p.
  • Canakci, M., & Van Gerpen, J. (2001). Biodiesel production from oils and fats with high free fatty acids. Transactions of the ASAE, 44(6), 1429.
  • Oliveira, L. S., Franca, A. S., Mendonça, J. C., & Barros-Júnior, M. C. (2006). Proximate composition and fatty acids profile of green and roasted defective coffee beans. LWT-Food Science and Technology, 39(3), 235-239.
  • Bautista L. F., Vicente G., Rodríguez R., and Pacheco M. (2009) Optimization of FAME production from waste cooking oil. Biomass and Bioenergy, 33: 862 – 872.
  • Al-Hamamre, Z., Foerster, S., Hartmann, F., Kröger, M., & Kaltschmitt, M. (2012). Oil extracted from spent coffee grounds as a renewable source for fatty acid methyl ester manufacturing. Fuel, 96, 70-76.
  • Tomasevic V., Marinkovic, S., (2002) "Methanolysis of used frying oil". Fuel Process Technol.,81:1–6.
  • Wang Y., Ou S., Liu T., Zhang Z., (2007) "Preparation of biodiesel from waste cooking oil via two step catalyzed process". Energy and Management, 48: 184-188.
  • Vilas, Sh.G., Raheman, H. (2005). Biodiesel production from mahua (Madhuca indica) oil having high free fatty acids. Biomass and Bioenergy. 28: 601 – 605.
  • Arteaga, H. Siche, R., Pagador, S., Cáceres, H., (2010).Efecto de la temperatura y tiempo de transesterificación en el rendimiento y poder calórico de biodiesel a partir de grasa refinada de pollo. Revista Scientia Agropecuaria, 1, 37-45.
  • Martínez Ávila, O. M., Sánchez Castellanos, F. J., & Suárez Palacios, O. Y. (2007). Producción de ésteres etílicos a partir de aceite de palma RBD. Ingeniería e Investigación; Vol. 27, N°2 (2007); 34-43
  • Yordanov, D. I., Tsonev, Z. B., Palichev, T. V., & Mustafa, Z. A., A new approach for production of coffee oil from waste coffee residue as a feedstock for biodiesel. Petroleum & Coal, Vol. 55, N° 2, (2013), 74-81.
  • Lafont, J. J., Páez, M. S., & Torres, Y. C., Análisis químico de mezclas biodiesel de aceite de cocina usado y diesel por espectroscopia infrarroja. Información tecnológica, Vol. 22, N°4, (2011), 35-42.
  • Ortiz Tapia, M. del C., García Alamilla, P., Lagunes Gálvez, L. M., Arregoitia Quezada, M. I., García Alamilla, R., & León Chávez, M. A., Obtención de biodiesel a partir de aceite crudo de palma (Elaeis guineensis Jacq.). Aplicación del método de ruta ascendente. Acta Universitaria, Vol. 26, N°5, (2016), 3-10.
  • Silverstein, R. M., Webster, F. X., Kiemle, D. J., & Bryce, D. L., Spectrometric identification of organic compounds. John Wiley & Sons. (2014).
  • Meena Devi, R., Subadevi, R., Paul Raj, S., & Sivakumar, M., Comparative Studies on Biodiesel from Rubber Seed Oil Using Homogeneous and Heterogeneous Catalysts. International Journal of Green Energy, 12(12), (2015), 1215-1221.
  • Anguebes, F.; Rangel, M.; Castelan, M.; Guerrero, A.; Cervantes, J. M.; Aguilar, M. & Herrera, W. A., Evaluación de la transesterificación del aceite de canola. Biocombustibles, 498, (2011), 238-242.
  • EN 14214 Automotive fuels–Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines–Requirements and test methods. Standard, Biodiesel. European Standard Organization (2003).
  • ASTM D6751-15ce1, (2015) Standard Specification for Biodiesel Fuel Blend Stock (B100) for Middle Distillate Fuels, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org
  • Mustafa, T., Soomro, S. A., Najam, M. N., Amin, M., & Ahmad, I. (2016). Production of Biodiesel through Catalytic Transesterification of Jatropha Oil. Journal of Applied and Emerging Sciences, 6(1), pp9-13.
  • Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Ceniceros, E., & Natarajan, M. (2012). Review of biodiesel composition, properties, and specifications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1), 143-169.
  • Sharma, Y. C., Singh, B., & Korstad, J. (2010). Application of an efficient nonconventional heterogeneous catalyst for biodiesel synthesis from Pongamia pinnata oil. Energy & Fuels, 24(5), 3223-3231.
  • Felizardo, P., Correia, M. J. N., Raposo, I., Mendes, J. F., Berkemeier, R., & Bordado, J. M. (2006). Production of biodiesel from waste frying oils.Waste management, 26(5), 487-494.
  • Valente, O. S., Pasa, V. M. D., Belchior, C. R. P., & Sodré, J. R. (2011). Physical–chemical properties of waste cooking oil biodiesel and castor oil biodiesel blends. Fuel, 90(4), 1700-1702.
  • Oliveira, L. S., Franca, A. S., Camargos, R. R., & Ferraz, V. P. (2008). Coffee oil as a potential feedstock for biodiesel production. Bioresource Technology, 99(8), 3244-3250.