9.1 Terminología de los aceites vegetales y las grasas animales
Grasa es un término genérico para los lípidos, una clase de compuestos en bioquímica. Se conocen como materiales grasos y sólidos que se encuentran en los tejidos animales y en algunas plantas – aceites que son sólidos a temperatura ambiente.
El aceite vegetal es la grasa extraída de fuentes vegetales. Podemos extraer aceite de otras partes de una planta, pero las semillas son la principal fuente de aceite vegetal. Normalmente, los aceites vegetales se utilizan en la cocina y para usos industriales. En comparación con el agua, los aceites y las grasas tienen un punto de ebullición mucho más alto. Sin embargo, hay algunos aceites vegetales que no son buenos para el consumo humano, ya que los aceites de este tipo de semillas requerirían un procesamiento adicional para eliminar sabores desagradables o incluso sustancias químicas tóxicas. Entre ellos se encuentran el aceite de colza y el de algodón.
Las grasas animales provienen de diferentes animales. El sebo es la grasa de vacuno y la manteca de cerdo. También existe la grasa de pollo, la grasa de ballena, el aceite de hígado de bacalao y el ghee (que es una grasa de mantequilla). Las grasas animales suelen tener más ácidos grasos libres que los aceites vegetales.
Químicamente, las grasas y los aceites también se llaman «triglicéridos». Son ésteres de glicerol, con una mezcla variable de ácidos grasos. La figura 9.1 muestra un diagrama genérico de la estructura sin utilizar fórmulas químicas.
Entonces, ¿qué es el glicerol? También se conoce como glicerina/glicerina. Otros nombres para el glicerol son: 1,2,3-propane-triol, 1,2,3-tri-hidroxipropano, gliceritol y alcohol glicílico. Es un líquido viscoso incoloro, inodoro, higroscópico (es decir, que atrae el agua) y de sabor dulce. La figura 9.2 muestra la estructura química en dos formas diferentes.
Ahora tenemos que definir qué son los ácidos grasos. Esencialmente, los ácidos grasos son hidrocarburos de cadena larga con un ácido carboxílico. La figura 9.3a muestra la estructura química genérica de un ácido graso con el ácido carboxílico en ella.
La figura 9.3b muestra diferentes estructuras químicas de ácidos grasos. Las estructuras químicas se muestran como estructuras químicas lineales, donde cada punto de los enlaces es un átomo de carbono y el número correcto de átomos de hidrógeno depende de si hay un enlace simple o doble. Los ácidos grasos pueden ser saturados (con enlaces de hidrógeno) o insaturados (con algunos enlaces dobles entre los átomos de carbono). Debido al metabolismo de los cultivos de semillas oleaginosas, los ácidos grasos formados naturalmente contienen un número par de átomos de carbono. En química orgánica, los átomos de carbono tienen cuatro pares de electrones disponibles para compartir con otro átomo de carbono, hidrógeno u oxígeno. Los ácidos grasos libres no están unidos al glicerol ni a otras moléculas. Pueden formarse a partir de la descomposición o hidrólisis de un triglicérido.
Los ácidos grasos mostrados tienen propiedades ligeramente diferentes. El ácido palmítico se encuentra en el aceite de palma. La figura 9.4 muestra la relación de cada ácido graso con su tamaño y saturación. Los ácidos palmítico y estérico son ácidos grasos saturados, mientras que los ácidos oleico y linoleico son insaturados con diferentes cantidades de dobles enlaces. La figura 9.4 muestra diferentes cantidades de átomos de carbono en comparación con el número de dobles enlaces en el compuesto.
La figura 9.5a muestra la parte del triglicérido que es un ácido graso y la parte que es glicerol, incluyendo esta vez las estructuras químicas. La estructura química que se muestra aquí es la de un triglicérido saturado.
Así que ya hemos hablado de lo que son las grasas y los aceites. Ahora, ¿qué es el biodiésel? ¿Cuál es al menos una definición? Es un combustible diesel que se generó a partir de la biomasa. Sin embargo, hay diferentes tipos de biodiésel. El tipo de biodiésel más conocido es un combustible compuesto por ésteres monoalquílicos (normalmente ésteres metílicos o etílicos) de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales, según la norma ASTM D6551. Una ASTM es un documento que contiene las normas para determinados tipos de productos químicos, en particular materiales industriales. Se trata de una definición prolija que no nos muestra realmente lo que es químicamente.
Entonces, cuando hablamos de un grupo alquilo, es un radical univalente que contiene sólo átomos de carbono e hidrógeno en una cadena de hidrocarburos, con una fórmula atómica general de CnH2n+1. Algunos ejemplos son:
Otro término que debemos conocer es un éster. Los ésteres son compuestos orgánicos en los que un grupo alquilo sustituye a un átomo de hidrógeno en un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es acético y el grupo alquilo es el grupo metilo, el éster resultante se llama acetato de metilo. La reacción del ácido acético con el metanol formará acetato de metilo y agua; la reacción se muestra a continuación en la figura 9.6. Un éster formado en este método es una reacción de condensación; también se conoce como esterificación. Estos ésteres también se denominan ésteres de carboxilato.
Esta es la reacción básica que ayuda a formar biodiesel. La figura 9.7 muestra las diferentes partes de la estructura química del biodiésel, el éster metílico del ácido graso, o éster metílico del ácido graso (FAME).
Así que, llegados a este punto, asegurémonos de que sabemos lo que hemos estado discutiendo. El biodiésel es un éster metílico (o etílico) de un ácido graso. Se fabrica a partir de aceite vegetal, pero no es aceite vegetal. Si tenemos 100% de biodiésel, se conoce como B100 – es un aceite vegetal que ha sido transesterificado para hacer biodiésel. Debe cumplir las normas de biodiésel de la ASTM para tener garantías y venderse como biodiésel y poder optar a cualquier crédito fiscal. La mayoría de las veces se mezcla con gasóleo derivado del petróleo. Si es B2, tiene un 2% de biodiésel y un 98% de gasóleo de petróleo. Otras mezclas son: B5 (5% de biodiésel), B20 (20% de biodiésel) y B100 (100% de biodiésel). En la siguiente sección hablaremos de por qué se utilizan las mezclas. Y para que quede claro: a veces se utiliza aceite vegetal en los motores diesel, pero puede causar problemas de rendimiento y deteriorar los motores con el tiempo. A veces, el aceite vegetal y el alcohol se mezclan en emulsiones, pero eso sigue sin ser biodiésel, ya que tiene propiedades diferentes a las del biodiésel.
Entonces, si el aceite vegetal puro (SVO) funciona en un motor diésel, ¿por qué no utilizarlo? El aceite vegetal es significativamente más viscoso (pegajoso es un término no técnico) y tiene más propiedades de combustión pobres. Puede causar: depósitos de carbono, mala lubricación dentro del motor, y desgaste del motor, y tiene problemas de arranque en frío. Los aceites vegetales tienen gomas naturales que pueden provocar la obstrucción de los filtros e inyectores de combustible. Y en el caso de un motor diésel, la sincronización de la inyección se desvía y puede provocar el golpeteo del motor. Hay formas de mitigar estos problemas, que incluyen 1) mezclar con diésel a base de petróleo (normalmente < 20%), 2) precalentar el aceite, 3) hacer microemulsiones con alcoholes, 4) «craquear» el aceite vegetal, y 5) utilizar el método de conversión de SVO en biodiésel mediante la transesterificación. También se utilizan otros métodos, pero por ahora nos centraremos en el biodiésel procedente de la transesterificación. La tabla 9.1 muestra tres propiedades del gasóleo nº 2, del biodiésel y del aceite vegetal. Como se puede ver, el principal cambio está en la viscosidad. El diésel nº 2 y el biodiésel tienen viscosidades similares, pero los aceites vegetales tienen mucha viscosidad y pueden causar problemas importantes en tiempo frío. Esta es la principal razón para convertir el SVO en biodiésel.
| Combustible | Contenido energético (Btu/gal) |
Número de cetano | Viscosidad (centistokes) |
|---|---|---|---|
| Diesel No. 2 Diesel | 140,000 | 48 | 3 |
| Biodiesel | 130,000 | 55 | 5.7 |
| Aceite vegetal | 130.000 | 50 | 45 |
