Renovables y Sostenibles Energy ReviewsVolumen 15, Nmero 5, junio de 2011, pginas 2240 a 2251

Una revisin de la produccin de biodisel a partir deJatropha curcas L. de aceite May Ying Koh, Tinia Idaty Mohd.Ghazi, Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental de la Facultad de Ingeniera de la Universidad Putra Malaysia, 43400 Serdang, Selangor, MalasiaRecibido el 2 de noviembre de 2010, Aceptado 31 de enero 2011, disponible en lnea 17 de marzo 2011Mostrar menosdoi: 10.1016 / j.rser.2011.02.013Obtener los derechos y contenidos

AbstractoLa demanda de petrleo ha aumentado rpidamente debido al aumento de la industrializacin y la modernizacin del mundo.Este desarrollo econmico ha dado lugar a una enorme demanda de energa, donde la mayor parte de esa energa proviene de fuentes fsiles como el petrleo, carbn y gas natural.Sin embargo, la limitada reserva de combustibles fsiles ha llamado la atencin de muchos investigadores a buscar combustibles alternativos que pueden ser producidos a partir de materias primas renovables.El biodiesel se ha vuelto ms atractivo debido a sus beneficios ambientales y se obtiene a partir de recursos renovables.Hay cuatro mtodos principales para hacer biodiesel: mezcla, microemulsin, la pirlisis y la transesterificacin.El mtodo ms comnmente utilizado es la transesterificacin de triglicridos (aceites vegetales y grasas animales) con alcohol en presencia de un catalizador.Hay un creciente inters en el uso deJatropha curcas L. de aceite como materia prima para la produccin de biodiesel, ya que es no comestible y por tanto no comprometer los aceites comestibles, que se utilizan principalmente para el consumo de alimentos.Los aceites no comestibles no son adecuados para el consumo humano debido a la presencia de componentes txicos.Adems,J.curcas L. semilla tiene un alto contenido de aceite y biodiesel producido tiene propiedades similares a la de diesel a base de petrleo.En este trabajo, un intento se ha hecho para revisar los diferentes enfoques y tcnicas que se utilizan para generar biodisel a partir de Jatropha curcas aceite.Se discuten los principales factores que afectan el rendimiento de biodiesel, por ejemplo, la relacin molar de alcohol a aceite, la concentracin de catalizador, temperatura de reaccin y tiempo de reaccin.Por ltimo, tambin se abordan las consideraciones ambientales y los aspectos econmicos de biodiesel.Palabras clave El biodiesel; Jatropha curcas; Materias primas renovables; La transesterificacin

1. IntroduccinLa mayor parte de la energa consumida en la mayor parte del mundo proviene de fuentes fsiles como el petrleo, carbn y gas natural.Sin embargo, estas fuentes no renovables se agotarn en un futuro prximo.Por lo tanto, la bsqueda de fuentes alternativas de energa renovable y sostenible ha ganado importancia con el potencial para resolver muchos problemas sociales actuales, como el aumento del precio del crudo de petrleo y las preocupaciones ambientales como la contaminacin atmosfrica y el calentamiento global causado por la combustin de combustibles fsiles[1].Combustible biodiesel es de creciente inters reciente recientemente y ha sido fuertemente recomendado como un sustituto para el diesel de petrleo.El nombre de biodiesel se introdujo en los Estados Unidos en el ao 1992 por el Consejo Nacional de Desarrollo de soja Diesel que ha sido pionera en la comercializacin de biodiesel en el Estado de los Estados.El biodiesel puede mezclarse con diesel de petrleo, ya que tiene caractersticas similares con las emisiones de escape peligrosos bajos[21].El biodiesel se procesa a partir de fuentes biolgicas renovables tales como aceites vegetales y grasas animales.Los aceites de cultivos vegetales y grasas animales se extraen o procesan para obtener el aceite crudo.Por lo general, contiene cidos grasos libres, fosfolpidos, esteroles, agua, olores y otras impurezas.Los cidos grasos libres y el contenido de agua tienen efectos negativos significativos durante la reaccin de transesterificacin de glicridos con alcoholes utilizando catalizadores alcalinos o cidos, ya que provoca la formacin de jabn, consumen catalizadores y reducen su eficacia y resultan en una menor conversin[1]y[2].Muchas investigaciones se han realizado en los aceites vegetales como fuente de combustible diesel, que incluye el aceite de palma, aceite de soja, aceite de girasol, aceite de coco, aceite de colza y as sucesivamente.Sin embargo, las grasas animales con cidos grasos saturados altos que normalmente existen en una forma slida a temperatura ambiente pueden causar problemas en el proceso de produccin, haciendo que su costo de procesamiento para ser significativamente mayor que el de los aceites vegetales[5].Por lo tanto, los aceites vegetales son ms favorables y dibujan una atencin mayor que las grasas animales por el hecho de que son renovables y potencialmente una fuente inagotable de energa[1].Este artculo revisa la produccin de biodiesel a partir de aceites vegetales, principalmente de la no comestible Jatropha curcas como materia prima potencial, las tecnologas implementadas, las variables del proceso, aspectos econmicos y la consideracin ambiental de la produccin de biodiesel.1.1.Los aceites vegetales como un sustituto de dieselLos aceites vegetales, tambin conocidos como triglicridos, se estn convirtiendo en una de las materias primas renovables prometedoras para la produccin de biodiesel y se han vuelto ms atractivo recientemente debido a sus beneficios ambientales.Debido a que es renovable con contenido de energa similar a la de combustible diesel despus de someterse a algunas modificaciones qumicas, aceites vegetales se estn convirtiendo en una alternativa prometedora como un sustituto para el combustible diesel.Las ventajas de los aceites vegetales son renovabilidad, biodegradabilidad, naturaleza-portabilidad lquido, mayor contenido de calor (alrededor del 88% de combustible diesel) y menor contenido en azufre y el contenido aromtico.Aceites vegetales comestibles como los de canola, soja, colza, girasol y maz se han utilizado para la produccin de biodiesel y se encontr que ser bueno como un sustituto diesel.Los aceites vegetales no comestibles, como indica Madhuca, Jatropha curcas y Pongamia pinnata tambin han encontrado que es adecuado.Los aceites comestibles son ampliamente utilizados y ms comnmente utilizados para la produccin de biodiesel[3],[4]y[11].La Tabla 1muestra la composicin de cidos grasos para diferentes aceites vegetales.Ms del 95% de la materia prima de produccin de biodiesel proviene de aceites comestibles en los pases desarrollados debido a las propiedades de los biodiesel producido a partir de estos aceites son muy similares a diesel a base de petrleo[5].En vista de sus muchas ventajas, los aceites vegetales tienen un gran potencial para sustituir a los combustibles derivados del petrleo en el largo plazo[1]y[6].Tabla 1.Composicin de cidos grasos de aceites vegetales distintos[7].cido grasoEl aceite de JatrophaPongamia (aceite de Karanja)Aceite de girasolAceite de sojaAceite de palma

Lurico (C12/ 0)--0.5--

Mirstico (C14/ 0)--0.20.1-

Palmtico (C16/ 0)14.29.84.811.040.3

Palmitoleico (C16/ 1)1.4-0.80.1-

Esterico (C18/ 0)6.96.25.74.03.1

Oleico (C18/ 1)43.172.220.623.443.4

Linoleico (C18/ 2)34.411.866.253.213.2

Linolnico (C18/ 3)--0.87.8-

Araqudico (C20/ 0)--0.40.3-

Behnico (C22/ 0)---0.1-

Satura (%)21.116.011.615.543.4

Insaturados (%)78.984.088.484.556.6

Opciones de la tabla1.2.Modificacin de aceites vegetalesEs bien conocido que los aceites vegetales son candidatos como combustibles alternativos para motores diesel ya que tienen alto contenido de calor.Sin embargo, el uso directo de estos aceites vegetales conduce a diversos problemas.Las altas viscosidades de los aceites vegetales que son alrededor de 10 veces superior a la del combustible diesel Grado No. 2D lleva a una pobre atomizacin del combustible, la combustin incompleta, coquizacin de los inyectores de combustible y as sucesivamente.Estas desventajas, junto con el uso de aceites vegetales insaturados que pueden resultar en daos en el motor pueden resolverse modificando qumicamente el biodiesel, que tiene caractersticas similares a diesel[8]y[9].1.3.El pretratamiento de los cidos grasos libresLos cidos grasos libres (AGL) y el contenido de humedad tienen un impacto negativo en la transesterificacin de glicridos con alcohol cuando se utiliza un catalizador alcalino.El alto contenido de FFA es desfavorable en una reaccin de transesterificacin en catlisis alcalina porque el FFA reaccionar con el catalizador para formar el jabn y la separacin de los productos ser extremadamente difcil, lo que resulta en un menor rendimiento de biodiesel.El aceite de Jatropha curcas calidad se deteriora debido a la manipulacin y el almacenamiento inadecuado.Un manejo inadecuado y la exposicin del aceite al aire atmosfrico y la luz solar contribuye a un aumento en la concentracin de AGL[20].El petrleo crudo Jatropha contiene aproximadamente 14% de FFA, que es mucho ms all del lmite del 1% para la promocin de reacciones de transesterificacin que se produzca utilizando un catalizador alcalino[15].Se ha informado de que la transesterificacin no se producir si el contenido de FFA en el aceite est por encima de 3%[6].Se han propuesto y establecido, incluyendo la destilacin de vapor, extraccin por el alcohol y la esterificacin por catalizadores cidos Muchos mtodos de pretratamiento.Sin embargo, la esterificacin de cidos grasos libres con metanol en presencia de catalizadores cidos es el mtodo ms comnmente aplicado debido a que el proceso es simple y catalizadores cidos utilizar los cidos grasos libres en el aceite y convertir en biodiesel[5].Mucho trabajo de investigacin se ha informado para el tratamiento previo con xito de la alta FFA de aceite de Jatropha.Patil y Deng[6]han alcanzado un alto rendimiento de biodisel a partir de Jatropha curcas aceite con condiciones de pretratamiento utilizando una mezcla de metanol al cociente de aceite de 6: 1, 0,5% (v / v) de H2SO4a 40 C despus de 120 minutos .El contenido de FFA de aceite de Jatropha crudo tambin se redujo con xito a menos del 1%, con un 60% w / w de metanol a la proporcin de aceite en la presencia de 1% w / w de H2SO4(basado en peso de aceite) como una catalizador cido en una reaccin de 1 h a 50 C[20].Azhari et al.[10]han llevado a cabo un estudio de optimizacin para reducir el contenido de FFA de aceite de Jatropha crudo a travs de un proceso de esterificacin usando H2SO4como catalizador.El FFA final del aceite de Jatropha se redujo de 25,3% a 0,5% a 60 C bajo presin atmosfrica, utilizando un 60% w / w de metanol a la proporcin de aceite, una carga de catalizador de 1% w / w (basado en el peso de aceite) y 180 min de tiempo de reaccin.Adems, Tiwari et al.[15]utilizaron el diseo rotacional compuesto (CCRD) arreglo central de la metodologa de superficie de respuesta (RSM) para predecir las variables de reaccin optimizadas para el proceso de pre-tratamiento.La combinacin ptima para la reduccin de la FFA de Jatropha curcas aceite del 14% a menos del 1% se encontr que era 1,43% v / v de H2SO4catalizador cido, un 28% v / v de metanol a la proporcin de aceite y 88 min de tiempo de reaccin a 60 C.Otro enfoque de tratamiento previo para materia prima de alta FFA es utilizar un catalizador cido slido.Catalizadores cidos slidos ofrecen algunas ventajas para la eliminacin de la separacin, la toxicidad a la corrosin y problemas ambientales, pero la velocidad de reaccin en el proceso de esterificacin es ms lento en comparacin con catalizadores cidos lquidos convencionales[5].Lu et al.[14]han realizado el proceso de pretratamiento FFA de aceite de Jatropha curcas crudo, catalizada por H lquido2SO4y un catalizador cido slido SO42- /de TiO2preparado por calcinacin de cido metatitnico.Bajo las condiciones de 12% w / w de metanol a la proporcin de aceite, un 1% w / w de H2SO4(basado en el peso de aceite) a 70 C, el valor de cido del aceite se redujo de 14 mg KOH / g de aceite por debajo de 1 mg de KOH / g de aceite en 2 h.La conversin FFA logra 95,6%.Como para el catalizador slido, la condicin ptima para el pretratamiento de aceite de Jatropha curcas eran 20: 1 para una relacin molar de metanol a FFA, 4% en peso de catalizador slido a 90 C en 2 h.La conversin de FFA alcanz el 97%.Ambos catalizadores son capaces de reducir el contenido de FFA de aceite de Jatropha curcas eficaz.Sin embargo, debido a la menor actividad del catalizador slido, se requiere una relacin, carga de catalizador y la reaccin de temperatura ms alta molar para el catalizador slido para lograr la eficiencia comparable.1.4.Jatropha curcas como materia prima potencialActualmente, la materia prima ms comn para la produccin de biodiesel es aceites comestibles tales como soja, colza, canola, girasol, palma, coco y tambin aceite de maz.Sin embargo, esta prctica ha planteado objeciones por parte de diversas organizaciones, alegando que el biodiesel est compitiendo por los recursos con la industria alimentaria.En muchos pases, como la India o China, aceites comestibles no son en exceso de oferta y por lo tanto es imposible utilizarlos para la produccin de biodiesel, ya que son ms necesarios para el suministro de alimentos[11]y[12].India representa el 9,3% de la produccin total de semillas oleaginosas del mundo y es considerado como uno de los pases productores de aceite comestible prometedores.Aun as, alrededor del 46% de aceite comestible es importado para satisfacer la necesidad de consumo.Lo mismo ocurre con China, con una importacin anual de 400 millones de toneladas de aceites comestibles para las necesidades del pas[13]y[14].Entre las diversas semillas oleaginosas teniendo, Jatropha curcas se ha encontrado ms adecuado para la produccin de biodiesel, ya que se ha desarrollado cientficamente para dar un mejor rendimiento y la productividad[13].Este aceite no comestible se explora como una fuente para la produccin de biodiesel sin comprometer la industria de la alimentacin[3]y[4].Adems, el porcentaje de aceite y el rendimiento por hectrea son parmetros importantes en la seleccin de la fuente potencial de combustible renovable.La produccin de semillas oleaginosas no comestibles y el porcentaje de contenido de aceite se dan en laTabla 2. Los aceites no comestibles no son adecuados para el consumo humano debido a la presencia de algunos componentes txicos en los aceites.Por lo tanto, el aceite de Jatropha se considera un aceite no comestible debido a la presencia de estos steres de forbol txicos[5]y[12].Tabla 2.El contenido de aceite y produccin de semillas oleaginosas no comestibles[21].EspeciesFraccin de aceite (%)El rendimiento de semilla ( 106toneladas / ao)El rendimiento de aceite (toneladas / ha / ao)

Jatropha50-600.202.0-3.0

Mahua35-400.201,0-4,0

Pongamia (Karanja)30-400.062,0-4,0

Castor45-500.250.5-1.0

Linaza35-450.150.5-1.0

Otros10-500.500,5-2,0

Opciones de la tablaJatropha curcas es un rbol resistente a la sequa pertenece a la familia Euphorbiaceae, que se cultiva en Amrica Central y del Sur, el sudeste de Asia, India y frica.Es fcil de establecer, crece casi en todas partes, incluso en suelos pedregosos, arenosos y salinos.Produce semillas durante 50 aos con un alto contenido de aceite de aproximadamente el 37% o ms.El aceite de las semillas tiene propiedades valiosas tales como una baja acidez, buena estabilidad en comparacin con el aceite de soja, de baja viscosidad en comparacin con el aceite de ricino y mejores propiedades en fro en comparacin con el aceite de palma.Adems, el aceite de Jatropha tiene mayor un nmero de cetano comparacin con el diesel que hace que sea una buena alternativa de combustible sin modificaciones requeridas en el motor[3],[4]y[13].Sin embargo, la mayora de aceites no comestibles contienen un alto nivel de cidos grasos libres (FFA), que no es deseable ya que reduce el rendimiento de biodiesel.Esto es porque una alta FFA (> 1% w / w) promover ms la formacin de jabn y la separacin de los productos ser difcil durante la transesterificacin en catlisis alcalina.Ec.(1)muestra la reaccin de saponificacin no deseado que forman jabn y agua cuando se utiliza hidrxido sdico como catalizador[5]y[20].El aceite de Jatropha contiene aproximadamente 14% de cidos grasos libres, que es mucho ms all del lmite aceptable de un nivel de FFA 1%.Por lo tanto, se requiere etapa de pretratamiento para reducir los cidos grasos libres de materia prima para un mejor rendimiento de biodiesel[15].ecuacin(1)

GireMathJaxen

Martin et al.[16]han identificado Jatropha curcas como la semilla oleaginosa ms prometedora para la produccin de biodiesel en Cuba despus de la comparacin con varias semillas oleaginosas no comestibles, debido al alto rendimiento de aceite de Jatropha en torno al 50%.Dado que los aceites de Jatropha consisten principalmente cidos oleico y linoleico que son cidos grasos insaturados, el biodiesel producido tiene deseables buenas propiedades a bajas temperaturas.Aunque el aceite de Jatropha tambin tiene un alto contenido de cidos grasos libres, los mtodos para superar este alto FFA estn bien desarrollados.Por lo tanto, el aceite de Jatropha curcas se ha destacado como una potencial materia prima del biodiesel entre los aceites no comestibles.Tabla 3tabula la composicin y caractersticas de la Jatropha Curcas aceite.Tabla 3.Composicin y caractersticas del aceite de Jatropha curcas[19].CaractersticaAlcance

Peso especfico (g cm-3)0,860-,933

Valor calorfico (MJ kg-1)37,83-42,05

El punto de fluidez ( C)-3

Punto Cloud ( C)2

Punto de inflamacin ( C)210-240

Valor de cetano38,0-51,0

ndice de saponificacin (mg g-1)102,9-209,0

Viscosidad a 30 C (cSt)37,0-54,8

cidos grasos libres% (kg kg-1 100)0,18-3,40

ndice de yodo (mg de I g-1)92,0 a 112,0

El ndice de acidez (mg de KOH g-1)0,92-6,16

Opciones de la tabla1.5.Otros usos del aceite de JatrophaAparte de ser potencial materia prima en la produccin de biodiesel como sustituto diesel, aceite de Jatropha tiene otros usos, tales como la produccin de jabn y biocidas (insecticida, molusquicida, fungicida y nematicida)[17].Adems, como la estabilidad de biodiesel es muy crtica para cumplir los requisitos de almacenamiento, por lo general biodiesel requiere la adicin de un antioxidante.Mezclas apropiadas de Jatropha y biodiesel de palma se han establecido con el fin de reducir al mnimo la dosis de antioxidante necesaria como Jatropha biodiesel tiene buenas propiedades a baja temperatura, pero una pobre estabilidad a la oxidacin, mientras que el biodiesel de palma tiene una buena estabilidad a la oxidacin con pobres propiedades a baja temperatura.La mezcla y combinaciones de Jatropha y la palma dan un efecto aditivo sobre estas propiedades crticas de biodiesel[18].Por otra parte, el uso directo de aceite de Jatropha sin ninguna modificacin puede ser utilizado en motores viejos y motores equipados con las tecnologas actuales, como las bombas y generadores que funcionan a una velocidad constante[19].2. Biodiesel y sus propiedadesBiodiesel significa una variedad de combustibles oxigenados basado en el ster derivados de fuentes biolgicas renovables.En otras palabras, el biodiesel se refiere a un combustible diesel a base de grasa de aceite vegetal o animal que consiste en alquilo de cadena larga (metilo, etilo o propilo) steres o steres de alquilo de cidos grasos.Es un combustible no txico, biodegradable y renovable que se puede utilizar en los motores de encendido por compresin con modificaciones qumicas poco o nada con emisiones significativamente ms bajas que el diesel a base de petrleo cuando se quema.Adems no contribuye al aumento de los niveles de dixido de carbono en la atmsfera y por lo tanto reduce al mnimo la intensidad del efecto invernadero.Adems, el biodiesel es mejor que el diesel en trminos de sus propiedades, como el contenido de azufre, punto de inflamacin, contenido aromtico y biodegradabilidad[1]y[6].La Tabla 4representa las propiedades del combustible de steres metlicos (biodiesel) a partir de varias plantas basadas aceites.Aunque en la actualidad el biodiesel no puede reemplazar por completo el combustible diesel a base de petrleo, este combustible alternativo se est convirtiendo cada vez ms importante debido a la disminucin de las reservas de petrleo que lleva a un aumento de los precios del petrleo y las consecuencias ambientales de los gases de escape de los motores de petrleo como combustible[5]y[20].Tabla 4.Las propiedades del combustible de ster de metilo de diferentes aceites[6].Propiedadesster metlico de Jatrophaster metlico Karanjaster metlico de Canolaster metlico de mazBiodiesel norma ASTM D 6751-02

Peso especfico,86-0,880,88 a 0,890,88-0,900,88 a 0,890,87 a 0,90

Viscosidad (mm2/ s)2,35-2,475,52-5,792,56-2,842,45-2,561,9-6,0

Valor calorfico (MJ / kg)39,65-41,6337,8-39,6944,65-44,9344,92-45,06-

ndice de acidez (mg / KOH / g)0,61-0,660,72 a 0,76--0.8 max

Nmero de cetano60,74-63,2759,68-60,9055,90-56,1058,37-59,0047 min

El punto de fluidez ( C)-6-2-3--1-4 A -1-5--2-15-10

Opciones de la tabla2.1.Los mtodos de produccin de biodieselUn nmero de mtodos actualmente disponibles que han sido bien establecido para la produccin de combustible biodiesel.Aceites crudos de petrleo valen la pena ser modificados a fin de reducir sus viscosidades de manera que el producto obtenido tiene propiedades adecuadas para ser usadas como combustibles para motores.Hay muchos procedimientos disponibles para esta modificacin para producir una mejor calidad de biodiesel.Esto se puede lograr en cuatro formas principales;mezcla de aceites crudos, micro-emulsiones, craqueo trmico y transesterificacin[5]y[13].2.1.1.La mezcla de aceites crudos o dilucinAceites vegetales crudos se pueden mezclar directamente o diluirse con el combustible diesel para mejorar la viscosidad a fin de resolver los problemas asociados con el uso de aceites vegetales puros con altas viscosidades en los motores de encendido por compresin.Oruga Brasil, en 1980, utiliz una mezcla de 10% de aceite vegetal para mantener el poder total, sin ninguna alteracin o ajuste a los motores.Una mezcla de 20% de aceite vegetal y combustible diesel 80% Tambin se inform de xito[21].La dilucin con 25 partes de aceites de girasol con 75 partes de diesel con una viscosidad de 4,88 cSt a 40 C ha sido estudiado por Ziejewski et al.[22].Adems, tambin se inform de que la viscosidad de la mezcla 25/75 de alto oleico combustible aceite de girasol / diesel fue 4.92 cSt a 40 C y ha pasado la prueba de 200 h EMA (fabricantes de motores Asociacin).2.1.2.Micro-emulsificacinOtro enfoque para reducir la viscosidad de los aceites vegetales es por microemulsin.Las microemulsiones son, fluidos isotrpicos claras y estables con tres componentes: una fase oleosa, una fase acuosa y un surfactante.La fase acuosa puede contener sales u otros ingredientes, y el aceite puede consistir en una mezcla compleja de diferentes hidrocarburos y olefinas.Esta fase ternaria puede mejorar caractersticas de pulverizacin por vaporizacin explosiva de los componentes de bajo punto de ebullicin en las micelas.Todas las micro-emulsiones con butanol, hexanol y octanol pueden cumplir con la limitacin mxima viscosidad para motores diesel[13].Una microemulsin preparada mediante la mezcla de aceite de soja, metanol, 2-octanol y mejorador de cetano en la proporcin de 52,7: 13,3: 33,3: 1,0 ha pasado la prueba de 200 h EMA[23].2.1.3.La pirlisisLa pirlisis es el proceso de conversin de una sustancia en otra por medio de calor o con la ayuda de un catalizador en ausencia de aire u oxgeno.El material utilizado para la pirlisis puede ser aceites vegetales, grasas animales, cidos grasos naturales y ster de metilo de los cidos grasos[13].El aceite de soja se ha descompuesto trmicamente en aire usando el mtodo ASTM estndar para la destilacin.La viscosidad del destilado de aceite de soja pirolizada es 10,2 cSt a 37,8 C, que es mayor que el rango especificado para ASTM No. 2 combustible diesel pero aceptable como todava muy por debajo de la viscosidad del aceite de soja[8].2.1.4.La transesterificacinLa transesterificacin (alcoholisis) es la reaccin qumica que implica los triglicridos y el alcohol en presencia de un catalizador para formar steres y glicerol.Esta transesterificacin que implica tres reacciones reversibles consecutivos, son la conversin de triglicridos en diglicridos, seguido por la conversin de diglicridos de monoglicridos.Los glicridos se convierten luego en glicerol, dando un ster en cada paso.Un catalizador se utiliza generalmente para mejorar y aumentar la velocidad de reaccin para que la reaccin se puede completar en un tiempo de reaccin ms corto.Varios catalizadores han sido investigados para el propsito de transesterificacin por muchos investigadores.Ejemplos son el magnesio, xidos de calcio y carbonatos de resinas bsicas y cidas macro-reticular orgnicos, almina alcano, catalizadores de transferencia de fase, cidos sulfrico,p-tolueno sulfnico y agentes deshidratantes como un co-catalizador[24].Sin embargo, los catalizadores bsicos son generalmente favorecidos sobre catalizadores cidos debido a la mayor reactividad y las condiciones de proceso ms suaves tales como la temperatura ms baja requerida[25].Debido a esta transesterificacin ser reversible, el exceso de alcohol se utiliza para desplazar el equilibrio hacia el producto.Una reaccin de transesterificacin xito produce ster y el glicerol en bruto.Aunque steres son los productos deseados de las reacciones de transesterificacin, glicerina recuperacin tambin es importante debido a sus numerosas aplicaciones en productos diarios[26].La reaccin de transesterificacin puede ser catalizada por lcalis, cidos o enzimas[1].La reaccin global de transesterificacin est dada por tres ecuaciones consecutivos y reversibles como se muestra a continuacin.ecuacin(2)Triglicridos (TG) + ROH Diglicrido (DG) + RCOOR1ecuacin(3)Diglicrido (DG) + ROH monoglicrido (MG) + RCOOR2ecuacin(4)Monoglicrido (MG) + ROH glicerol + RCOOR3Los alcoholes son cualesquiera compuestos orgnicos que tienen un grupo funcional hidroxilo unido a otros tomos de carbono o tomos de hidrgeno que tienen.Ejemplos son metanol, etanol, propanol, butanol y alcohol amlico.El metanol y el etanol se utilizan con ms frecuencia.Sin embargo, el metanol es el ms preferible debido a su bajo coste y sus ventajas fsicas y qumicas como alcohol polar y de cadena corta[1].El metanol tambin puede reaccionar con los triglicridos rpidamente y disolver fcilmente el catalizador alcalino.Sin embargo, existe un riesgo de explosin en combinacin con vapores de metanol debido a su bajo punto de ebullicin, por lo que debe ser manejado con cuidado durante la produccin de biodiesel[5].2.1.4.1.Mecanismo de la reaccin de transesterificacinLos steres de cidos monocarboxlicos saturados e insaturados con los glicrido trivalentes de alcohol se denominan triglicridos.Es el componente principal de los aceites vegetales y grasas animales.En una reaccin de transesterificacin, el triglicrido es gradual convertido a diglicrido, monoglicrido, y por ltimo a glicerol en presencia de un catalizador y alcohol.Por lo general, el alcohol preferido para la produccin de biodiesel es el metanol debido a su bajo costo[5].Para completar una transesterificacin estequiomtricamente, 1 mol de triglicrido reacciona con 3 moles de alcohol para obtener 1 mol de ster de cido graso y 1 mol de glicerol, que se muestra en la Ec.(5).En la prctica, esta relacin molar de alcohol a triglicrido es a menudo mayor para conducir el equilibrio hacia un rendimiento mximo ster.La reaccin puede ser catalizada por lcalis, cidos y enzimas[2].La presencia de cidos grasos libres y el agua siempre produce efectos negativos durante la transesterificacin de aceites y grasas para la produccin de biodiesel vegetales, ya que un catalizador alcalino reaccionar con el FFA para formar jabn y reducir la eficacia del catalizador, lo que resulta en la conversin inferior.El agua que se origin a partir de los aceites y grasas durante la reaccin de saponificacin se retardar la reaccin de transesterificacin a travs de una reaccin de hidrlisis, ya que puede hidrolizar los triglicridos y diglicridos a formar ms FFA[1]y[5].La reaccin de hidrlisis se muestra en la Ec.(6).ecuacin(5)

ecuacin(6)

2.1.4.2.Catlisis alcalina transesterificacinLa transesterificacin en catlisis alcalina de aceites vegetales procede ms rpido que la reaccin catalizada por cido y el mecanismo de esta transesterificacin en catlisis alcalina se ha mostrado enla fig.1. El mecanismo de reaccin se formula en tres pasos.El primer paso es la reaccin del tomo de carbono carbonilo con el anin del alcohol, formando un intermedio tetradrico, a partir del cual se forman el ster de alquilo y el anin correspondiente de los diglicridos.Otro ciclo cataltico se inicia cuando el catalizador reacciona con una segunda molcula de alcohol.A partir de ah, diglicridos y monoglicridos se convierten en steres de alquilo y glicerol[1].Tpanes et al.[3]han estudiado el mecanismo de reaccin de la transesterificacin a base de catalizador de aceite de Jatropha curcas y han demostrado el mecanismo de reaccin de tres etapas.Se inform de que la velocidad de reaccin para la transesterificacin Jatropha con etanol es ligeramente menor que con metanol como el efecto inductivo ms fuerte del grupo etilo provoca la ruptura de la molcula de etanol para formar un anin etxido que se hace ms difcil que para el anin metxido.

Fig.1.Mecanismo de transesterificacin en catlisis alcalina[1](B: base).Opciones FiguraMuchos investigadores han estado utilizando catalizadores alcalinos homogneos, tales como hidrxido de sodio e hidrxido de potasio para desarrollar procesos para la produccin de biodisel a partir de aceites vegetales.Debido al bajo costo, tanto de estos catalizadores se utilizan ms comnmente comercialmente[5].Sin embargo, el catalizador ms activo es los alcxidos de metales alcalinos (CH3ONA) con muy alto rendimiento de (> 98%) slo a una concentracin molar baja (0,5 mol%) incluso con un tiempo de reaccin corto (30 min).Adems, carbonato de potasio tambin da altos rendimientos de ster de alquilo de cido graso en la concentracin de 2 o 3% en moles con menos formacin de jabn.Esto es debido a la formacin de bicarbonato en lugar de agua, por lo que se hidrolizan los steres formados[1].La principal preocupacin en la adopcin de catalizadores alcalinos en la produccin de biodiesel es el contenido de cidos grasos libres de materias primas.Un alto contenido de FFA de ms de 1% w / w mejorar la formacin de jabn y la separacin de los productos finales sern difciles, causando un bajo rendimiento de biodiesel[20].Por lo tanto, se requiere el pretratamiento de materia prima de alta FFA para la transesterificacin catalizada por lcali eficaz que se produzca.Una reaccin de transesterificacin se inicia cuando el aceite, alcohol y el catalizador se mezclan y se agitan en un recipiente de reaccin ya sea en un pequeo matraz a escala de laboratorio o mayor escala y un alto rendimiento de biodiesel se puede obtener siempre y cuando la relacin de aceite, el alcohol y la catalizador estn en la relacin ptima.Muchos investigadores han investigado y estudiado los parmetros de funcionamiento que afectan a las reacciones de transesterificacin.Las variables ptimas para la transesterificacin eficaz de aceite de Jatropha curcas son 20% de metanol (en peso de aceite), una relacin molar de metanol a aceite de 5: 1, y 1,0% de NaOH como catalizador (en peso de aceite).Un mximo rendimiento de ster metlico del 98% se obtuvo despus de 90 minutos con un 60 C temperatura de reaccin y esto biodiesel se encontr a estar dentro de los lmites especificados.Tambin se encontr que cuando la concentracin de metanol y NaOH estaban por encima o por debajo de su ptimo, no hubo un aumento significativo en el rendimiento de biodiesel[27].Debido a la alta FFA de aceite de Jatropha curcas, tan alto como 15% se ha informado, se seleccion un proceso de transesterificacin de dos etapas para mejorar el rendimiento de ster de metilo.Despus del pretratamiento cido o esterificacin catalizador cido para reducir el contenido de FFA en el aceite de Jatropha curcas, subsiguiente transesterificacin dar un rendimiento ptimo de ster metlico del 90% en 2 h.El metanol ptimo ndice de aceite fue del 24% w / w y 1,4% w / w NaOH al aceite como el catalizador alcalino a una temperatura de reaccin de 65 C[20].Las condiciones ptimas de transesterificacin tambin fueron bastante similares a los obtenidos por Lu et al.[14]en su trabajo anterior, excepto que usando un tipo diferente de catalizador alcalino.El aceite de Jatropha crudo contiene muchas gomas tales como fosfolpidos que pueden desactivar el catalizador alcalino, lo que reduce el rendimiento de ster metlico y dando una mala calidad del biodiesel.El contenido de fosfolpidos se redujo significativamente despus de la operacin de tratamiento previo.El rendimiento de biodisel a partir de aceite de Jatropha curcas fue superior al 98% que se obtuvo en 20 min de tiempo de reaccin, usando 1,3% de KOH (en peso de aceite) como catalizador y una relacin molar de metanol a aceite de 6: 1 a 64 C.Tambin determinaron que la cintica de la reaccin de transesterificacin deJatropha curcas L. aceite y metanol siguen un mecanismo de pseudo-segundo orden.Se han realizado varios estudios sobre la cintica de aceites vegetales durante reacciones de alcoholisis y el mejor mecanismo cintica de la transesterificacin de aceites vegetales pareca ser segundo orden.Sin embargo, la precisin de las composiciones finales reportados en trabajos previos se puso en duda que la mayora de los modelos de reaccin no consider las posibles reacciones secundarias tales como el efecto de la saponificacin y tambin la presencia de cidos grasos libres en la reactividad de los catalizadores.Este inconveniente se resolvi cuando Berchmans et al.[28]investig la cintica de la metanlisis de una mezcla de aceite de Jatropha curcas residuos de alimentos a travs de la experimentacin y simulacin.Este hidrxido de metanolisis catalizada se inform para satisfacer el modelo de reaccin cintica de segundo orden con una relacin molar de metanol a aceite de 6: 1 y una relacin de masa de aceite KOH del 1% en peso a bajo una temperatura de reaccin de 50 C.Con 2 horas de tiempo de reaccin, esta metanlisis de Jatropha curcas aceite de los residuos de alimentos fue capaz de producir biodiesel con 97,1% de pureza.Una mejor estimacin se obtuvo en este modelo cintico propuesto, ya que fue capaz de estimar el efecto de saponificacin y el efecto negativo del contenido de FFA en la metanolisis catalizada por hidrxido.Patil y Deng[6]Tambin estudiaron la produccin de biodiesel a partir de los dos aceites comestibles comestibles y no gubernamentales.Estas reacciones se llevaron a cabo mediante el uso de una relacin molar ms alta para conducir la reaccin de transesterificacin hasta la terminacin a un ritmo ms rpido.Despus de someterse a tratamiento previo con cido para reducir el alto FFA en no Jatropha curcas comestible de aceite, el aceite de metanol relacin molar de 9: 1 a favor de la 2% de KOH (en peso de aceite) a 60 C.Alrededor del 95% de biodiesel de Jatropha se obtuvo despus de 120 minutos.Syam et al.[29]tambin han desarrollado un proceso de dos pasos para la generacin de biodiesel a partir de Jatropha curcas aceite que contiene un nivel muy alto de cidos grasos libres.Despus de un proceso de pretratamiento llama esterificacin para reducir el contenido de FFA a menos de 1%, se llev a cabo una reaccin de transesterificacin utilizando KOH.El rendimiento mximo de ster metlico de Jatropha en 99% se logr a una temperatura de 65 C, una relacin molar de metanol a aceite a 6: 1, una carga de catalizador de 1% (en peso de aceite) y un tiempo de reaccin de 60 min.Sahoo y Das[30]tambin han desarrollado un mtodo de preparacin de biodiesel a partir de aceites no comestibles como la jatrofa, Karanja y Polanga.Ellos encontraron que la eficiencia de conversin est fuertemente afectada por la cantidad de alcohol porque se requiere un exceso de alcohol para desplazar la reaccin a punto de finalizar.Al concentrarse en la Jatropha curcas, la relacin volumtrica de aceite de metanol es de 11: 1, junto con el 1,1% de KOH por base el volumen de lo que concluy el proceso de transesterificacin alcalina catalizada dentro de 120 minutos a 66 C y fue capaz de dar un rendimiento del 93% de ster metlico de Jatropha.Este proceso de transesterificacin mejor las propiedades de los combustibles del petrleo con respecto a la densidad, valor calorfico, la viscosidad, flash pinta, el punto de enturbiamiento y punto de fluidez.No se requieren modificaciones de hardware de los motores para la aplicacin de este biodiesel que ha logrado relativamente cercanos valores de las propiedades del combustible a la de diesel.Tiwari et al.[15]reportaron una produccin de biodiesel a partir de alta en cidos grasos libres (aproximadamente 14%) de la Jatropha curcas aceite.Despus del pretratamiento para reducir el FFA a menos de 1% usando H2SO4como catalizador, la reaccin de transesterificacin se llev a cabo con una relacin molar de metanol a aceite de 5: 1, y utilizando 0,55% en peso de KOH como catalizador alcalino .Por encima de 99% de biodiesel de Jatropha que tenan propiedades que cumplan los estndares de biodiesel se obtuvo despus de 24 min a 60 C la temperatura de reaccin.Este estudio de optimizacin se llev a cabo utilizando un diseo compuesto central giratorio (CCRD).La conversin completa de Jatropha curcas de aceite para biodiesel se puede lograr con una carga de catalizador ms bajo y un tiempo de reaccin ms corto, posiblemente debido a la suposicin de la reaccin ideales en modelos polinomio cuadrtico para la transesterificacin y de la metodologa de superficie de respuesta basado en CCRD.Adems, tambin se utiliz un catalizador slido durante el proceso de transesterificacin para la produccin de biodiesel.Alumina cargado con nitrato de potasio, que se utiliz como catalizador de base slida para la transesterificacin de aceite de Jatropha con metanol.Con este catalizador slido de base de 6% (en peso de aceite), una relacin molar de metanol a aceite de Jatropha de 12: 1 y un tiempo de reaccin de 6 h, era capaz de lograr una conversin de biodiesel de 84% a 70 C .Adems, este catalizador de base soportado en almina tiene un factor de reutilizacin de al menos tres veces[31].En comparacin, se observ que un catalizador en forma slida requiere una relacin molar ms alta de metanol a aceite de modo que el equilibrio de esta reaccin de transesterificacin reversible tender a desplazarse hacia la direccin de la formacin del ster.Tambin se inform El tiempo de carga de catalizador y la reaccin a ser mucho mayor que la transesterificacin catalizada por base convencional en la que los catalizadores eran en forma lquida con el fin de lograr un rendimiento comparable de ster de metilo.Por lo tanto un catalizador de base slida es menos atractivo o preferible para ser aplicado a escala industrial para la produccin de biodiesel, debido a su menor actividad del catalizador as como la eficiencia.Por otro lado, la ventaja de utilizar un catalizador de base slida es la facilidad de separacin de la mezcla de reaccin mediante la filtracin simple y slo catalizadores de base slida se generan fcilmente conduce a operaciones ms baratas[25].La Tabla 5resume las condiciones optimizadas para la catlisis alcalina transesterificacin del aceite de Jatropha curcas.Tabla 5.Catlisis alcalina transesterificacin del aceite de Jatropha curcas con variables de reaccin optimizadas.AlcoholRelacin molar (alcohol a aceite)CatalizadorCantidad de catalizador (% en peso de aceite)Condiciones de reaccin ptimasRendimiento de ster de alquilo (%)Referencia

El metanol5: 1NaOH1.060 C, 90 min98[27]

El metanol4.2: 1NaOH1.465 C, 120 min90[20]

El metanol9: 1KOH2.060 C, 120 min95[6]

El metanol6: 1KOH1.065 C, 60 min99[29]

El metanol11: 1KOH1.166 C, 120 min93[30]

El metanol5: 1KOH0.5560 C, 24 min99[15]

El metanol12: 1Alumina cargado con nitrato de potasio6.070 C, 360 min84[31]

Opciones de la tabla2.1.4.3.Transesterificacin catalizada por cidoEl proceso de transesterificacin catalizada con cido no es muy popular como un proceso de base catalizada debido a la velocidad de reaccin ms lenta y la alta metanol al aceite requisito de relacin molar.Adems, un catalizador cido tiene una menor actividad y la reaccin de transesterificacin tiene lugar a una temperatura de proceso ms alta que para la reaccin catalizada por bases[25].El uso de catalizadores cidos slidos an requiere una temperatura ms alta y la presin con el fin de ser ms eficaz.Por otra parte, un largo tiempo de reaccin hace que el proceso poco prctico y antieconmico[33].Por otro lado, la ventaja de utilizar una transesterificacin catalizada por cido es la tolerancia hacia la presencia de altos AGL en la materia prima.De hecho, los catalizadores cidos pueden producir directamente biodisel a partir de bajo costo de materia prima de lpidos con un FFA superior al 6%[32].Catalizadores cidos lquidos tales como el cido sulfrico tienen una tolerancia y menos sensible a FFA y pueden conducir simultneamente la esterificacin y transesterificacin, dando un alto rendimiento en steres[33].Otros catalizadores cidos incluyen cido sulfnico, cido fosfrico, cido clorhdrico, cidos de Lewis (AlCl3o ZnCl $2), etc.[25].El mecanismo de la transesterificacin catalizada por cido de aceite vegetal se muestra en laFig.2. La protonacin del grupo carbonilo del ster promueve la formacin de carbocatin, que despus de un ataque nucleoflico del alcohol produce un intermedio tetradrico.Este intermedio eliminar glicerol para formar un nuevo ster y regenerar el catalizador.Transesterificacin catalizada con cido debe llevarse a cabo en ausencia de agua[1].

Fig.2.Mecanismo de la transesterificacin catalizada por cido de los aceites vegetales[34].Opciones FiguraAcid transesterificacin cataltica de aceites vegetales se ha realizado y reportado por varios investigadores.Catalizadores supercidos slidas de estao y xidos de circonio sulfatado y zirconia tungstatada se utilizaron en la transesterificacin de aceite de soja con metanol a 475 a 575 K, que han sido reportados por Schuchardt et al.[35].Adems, la conversin de aceite de canola en un ster de metilo ha alcanzado 98% a 24: 1 con una relacin de metanol a aceite usando 5% AlCl3(en peso basado en aceite) como catalizador.La reaccin se complet a 110 C y 18 h con tetrahidrofurano como co-disolvente.Los resultados mostraron que ZnCl $2era menos eficaz para catalizar la transesterificacin de aceite de canola en un ster de metilo debido a su acidez inferior a AlCl3[36].Adems, la conversin de un solo paso de aceite de soja en biodiesel catalizada por 2,0 M de cido trifluoroactico ha alcanzado tan alto como 98,4% con un 20: 1 de metanol a la proporcin de aceite a una temperatura de 120 C en aproximadamente 5 h de reaccin tiempo[33].Al centrarse en Jatropha curcas petrleo como materia prima para la sntesis de biodiesel de Jatropha, transesterificacin catalizada por cido apenas realizado o propuesto por otros investigadores como un catalizador alcalino se considera como la ms favorable.Shuit et al.[11]han informado sobre la extraccin reactiva usando un catalizador cido para producir biodiesel a partir deJ.curcas L. semillas.El cido sulfrico concentrado se utiliz como un catalizador puesto que el aceite Jatropha curcas crudo contiene una alta FFA en alrededor de 15%.Acerca de 99,8% de ster metlico de Jatropha se obtuvo mediante el uso de un tamao de la semilla Jatropha de menos de 0,355 mm y usando n-hexano como un co-disolvente, una temperatura de reaccin de 60 C, un perodo de reaccin de 24 h, una mezcla de metanol a las semillas proporcin de 7,5 ml / g (proporcin aproximada de 5,9: 1) y 15% en peso de H2SO4(en peso de Jatropha semilla).Se demostr que el proceso de extraccin reactiva paso individual puede lograr un rendimiento comparable de biodiesel y tiene el potencial de reducir el coste de la produccin en comparacin con el mtodo convencional de dos etapas descrito en la literatura.Por lo tanto, esta extraccin reactiva catalizada por cido para producir biodiesel en un solo paso podra ser una tecnologa innovadora y debe ganar el inters de los investigadores ms para investigar ms a fondo el uso de esta tecnologa.Tabla 6tabula las condiciones optimizadas para el cido catalizada de transesterificacin de aceite de Jatropha curcas.Tabla 6.cido catalizada de transesterificacin del aceite de Jatropha curcas con variables de reaccin optimizadas.AlcoholRelacin molar (alcohol para sembrar)CatalizadorCantidad de catalizador (% en peso de las semillas)Condiciones de reaccin ptimasRendimiento de ster de alquilo (%)Referencia

El metanol5.9: 1H2SO415.060 C, 24 h99.8[11]

Opciones de la tabla2.1.4.4.Transesterificacin catalizada por enzimasTransesterificacin enzimtica utilizando un catalizador de lipasa se ve atractivo debido a la separacin de productos de fcil, el tratamiento de aguas residuales mnimo necesario, la recuperacin de glicerol fcil y ausencia de reacciones secundarias[37].Las lipasas se sabe que tienen una tendencia a actuar en alcohol graso de cadena larga mejor que en el tipo de cadena corta.En el proceso biotecnolgico, se realizan normalmente las condiciones de reaccin suaves.Sin embargo, un biocatalizador es ms caro y la regeneracin y reutilizacin de la misma es de limitada con un largo tiempo de operacin requerido[33].Los rendimientos de la reaccin de transesterificacin catalizada por enzimas estn todava siendo desfavorables en comparacin con las reacciones catalizada con base y por lo tanto hacen que el proceso poco prctico y antieconmico[1]y[33].Se propusieron varios estudios sobre el proceso catalizada por lipasa para la produccin de biodiesel.Se utilizaron lipasas inmovilizadas para facilitar su recuperacin despus de la reaccin para el uso repetido.Novozym 435 (Candida Antarcticainmovilizado en resina acrlica) se inform a ser un catalizador de lipasa eficaz para la produccin de combustible biodiesel[38].Sin embargo, la complejidad del proceso de purificacin de la lipasa ha restringido su uso en aplicaciones industriales.Para superar esto, Tamalampudi et al.[39]han recomendado la produccin de biodiesel a partir de aceite de Jatropha usando toda la clula de producir lipasade Rhizopus oryzae(ROL) inmovilizado sobre partculas de soporte de biomasa (BSP).Llegaron a la conclusin de que toda clulaR.oryzaeinmovilizada sobre BSP es capaz de catalizar la metanlisis de aceite de Jatropha ms eficientemente que Novozym 435 en la produccin de biodiesel.El rendimiento de ster metlico alcanzado fue de 80% despus de 60 h utilizando 4% de LOD (en peso de aceite) en presencia de 5% (v / v) que se aade agua, metanol a la proporcin de aceite de 1: 1 y temperatura de reaccin de 30 C.Adems, era econmico y prctico como la lipasa exhibi ms de 90% de sus actividades iniciales despus de cinco ciclos repetidos de uso.Adems, la actividad de otros lipasa tambin se investig en la preparacin de biodisel a partir de aceite de Jatropha.10% dePseudomonas cepacialipasa (en peso de aceite) inmovilizada sobre celite tiene el mejor rendimiento de 98% de biodiesel producido en presencia de un 4-5% (w / w) de agua en 8 h y a 50 C.La relacin molar de etanol al aceite era de 4: 1.Se demostr que el etanol de calidad comercial se puede utilizar en lugar del etanol de grado caro que es bastante importante en el esfuerzo de tener una ruta econmica de la produccin de biodiesel.Este biocatalizador se encontr que duran hasta cuatro veces sin prdida de su actividad[12].La Tabla 7resume las condiciones ptimas para la enzima catalizada de transesterificacin del aceite de Jatropha curcas.Tabla 7.Enzima cataliza la transesterificacin del aceite de Jatropha curcas con variables de reaccin optimizadas.La lipasaLipasa cantidad (% en peso de aceite)AlcoholRelacin molar (alcohol a aceite)Condiciones de reaccin ptimasSolventeRendimiento de ster de alquilo (%)Referencia

Rhizopus oryzae4.0El metanol1: 130 C, 60 hAgua80[39]

Cepacia Pseudomonas10.0Etanol4: 150 C, 8 hAgua98[12]

Opciones de la tabla2.1.4.5.No cataltica transesterificacin supercrtico alcoholLa transesterificacin de aceites vegetales con metanol supercrtico no cataltica ha sido desarrollado para proporcionar una nueva manera de producir biodiesel.Bajo esta condicin supercrtica, el proceso de transesterificacin se puede completar en minutos con un rendimiento relativamente alto.Se observ que al aumentar la temperatura de reaccin a una temperatura supercrtica tena una influencia favorable sobre la conversin de ster de[1].Adems, este mtodo ha efectuado la purificacin de biodiesel mucho ms fcil como se requiere ningn catalizador durante el proceso de transesterificacin supercrtico evitando as la formacin de jabn o de saponificacin de ocurrir.La presencia de agua que tiene un impacto negativo en la transesterificacin convencional ya no es un problema durante la formacin de steres metlicos en el mtodo metanol supercrtico[1]y[9].Sin embargo, los inconvenientes de este proceso de transesterificacin supercrtico se deben a la alta temperatura y presin que dan como resultado el alto coste del aparato.Co-disolventes, tales como dixido de carbono, hexano, propano, xido de calcio y el alcohol subcrtico se han aadido a la mezcla de reaccin para bajar la temperatura de funcionamiento, la presin y la cantidad de alcohol necesaria[32].Mucho trabajo de investigacin se ha llevado a cabo para la produccin de biodiesel a partir de diversas materias primas en diferentes condiciones utilizando alcohol supercrtico.Como para el aceite de Jatropha, Hawash et al.[40]han puesto de manifiesto que un rendimiento del 100% de Jatropha biodiesel puede obtenerse en 4 min utilizando metanol supercrtico a una temperatura de 593 K (320 C) y bajo una presin de 8,4 MPa.La relacin molar de metanol a aceite fue de 43: 1. La separacin de productos, as como subproductos se puede lograr de manera eficiente bajo tales condiciones supercrticas porque se necesita ningn catalizador y por lo tanto no hay formacin de jabn.A pesar de que los mtodos de alcohol supercrticos en la produccin de biodiesel tienen una reaccin simple con un tiempo de reaccin ms corto y no se requiere ningn catalizador en comparacin con los mtodos convencionales propuestos, el aspecto de seguridad debe ser tenido en cuenta debido a la alta temperatura de reaccin y la presin durante la operacin.Del mismo modo, Ilham y Saka[41]tambin informaron de un nuevo mtodo potencial para la produccin de biodisel a partir de Jatropha curcas aceite mediante la utilizacin de carbonato de dimetilo supercrtico a 300 C y 9 MPa durante 15 min para lograr un alto rendimiento comparable de ster de metilo a 97% en peso .La relacin molar de carbonato de dimetilo en cido oleico fue 14: 1.Antes del tratamiento carbonato de dimetilo supercrtico, el aceite de Jatropha se trat durante 25 min en agua subcrtica a 270 C y 27 MPa, con una relacin molar de agua a aceite de 217: 1 para producir cidos grasos y glicerol.El alto contenido de cidos grasos libres en el aceite de Jatropha curcas resultantes de la reaccin de hidrlisis contribuye a completar la conversin de biodiesel con un tiempo de reaccin ms corto en un estado supercrtico ms suave.Sin embargo, este alto contenido de cidos grasos libres en el aceite de Jatropha no es adecuado cuando se aplican catalizadores basados alcalinos.Otro intento de extraccin de dixido de carbono supercrtico de aceite de Jatropha curcas semilla, seguido de hidrlisis posterior subcrtico y supercrtico metilacin del Jatropha curcas aceite extrado ha sido reportado para lograr la conversin de biodiesel de 99% a 11 MPa y 563 K (290 C).La relacin molar de metanol a aceite era de 3: 1 y la reaccin dur 15 min.El dixido de carbono se utiliz como co-disolvente, que ha demostrado ser eficaz en la reduccin de la temperatura supercrtica y acelerar la velocidad de reaccin durante el proceso de metilacin supercrtico[42].Tabla 8tabula las condiciones optimizadas para la transesterificacin supercrtico de Jatropha curcas aceite.Tabla 8.Transesterificacin supercrtica de Jatropha curcas aceite con variables de reaccin optimizadas.ReactivoRelacin molarEstado supercrticoTiempo de reaccin (min)Rendimiento de ster de alquilo (%)Referencia

El metanol43: 1 (metanol al aceite)320 C, 8,4 MPa4100[40]

El carbonato de dimetilo14: 1 (carbonato de dimetilo en cido oleico)300 C, 9 MPa1597[41]

El metanol3: 1 (metanol al aceite)290 C, 11 MPa1599[42]

Opciones de la tabla2.1.4.6.Ultrasonido transesterificacin asistidaEl ultrasonido se define como un sonido de una frecuencia ms all de aquel al que un odo humano puede responder.El rango de los ultrasonidos es de entre 20 kHz hasta ms all de 100 MHz y se ha demostrado ser una herramienta til en la mejora de las velocidades de reaccin en muchos sistemas que reaccionan.Durante la aplicacin en la transesterificacin, ultrasonidos proporciona la energa mecnica para la mezcla y la energa de activacin necesaria para iniciar la reaccin de transesterificacin[43].Adems, ultrasonidos aumenta la velocidad de reaccin qumica, la relacin molar eficaz de metanol a aceite, el rendimiento de la transesterificacin de aceites vegetales y grasas animales en biodiesel con menos consumo de energa que para el mtodo de agitacin mecnica convencional[44].La transesterificacin de aceites vegetales utilizando irradiacin ultrasnica se ha implementado con el fin de reducir el tiempo de procesamiento y separacin de fase de tiempo.Kumar et al.[45]han informado de un nuevo mtodo de transesterificacin asistida por ultrasonido para la produccin de biodiesel a partir de aceite de Jatropha curcas utilizando Na admite en SiO2como catalizador.Un rendimiento mximo de ms de 98,53% de Jatropha biodiesel se obtuvo con una relacin de metanol a aceite de 9: 1, 3% de slidos Na / SiO2(en peso de aceite), un 50% de amplitud de la onda ultrasnica, un 0,7 Hz pulso de la irradiacin ultrasnica y un tiempo de reaccin de 15 min.Fue beneficioso como una alternativa rpida para el proceso de transesterificacin convencional con un rendimiento de producto de alto, con condiciones de reaccin simples y suaves, as como la reutilizacin del catalizador.El nmero de ndice de acidez, la viscosidad, densidad y de cetano de la Jatropha curcas ster metlico obtenido se encontraban dentro de los lmites de Amrica del Mtodo de prueba estndar (ASTM).Tambin sugirieron que este mtodo puede ser utilizado eficazmente para la produccin continua de biodiesel en un reactor continuo de tanque agitado (CSTR) y el sistema de flujo de tapn.3. Principales factores que afectan el rendimiento de biodieselHay pocas variables importantes que influyen en la reaccin de transesterificacin.A fin de obtener el mximo rendimiento de biodiesel, estas variables deben estar en su ptimo.3.1.La temperatura de reaccinLa velocidad de reaccin es fuertemente afectada por la temperatura de reaccin.Una temperatura de reaccin ms alta puede disminuir las viscosidades de los aceites y resultado en un aumento de la velocidad de reaccin como ms energa que se est suministrando para que ocurra la reaccin.De este modo se mejora el rendimiento del producto de biodiesel.Sin embargo, la temperatura de reaccin debe ser menor que el punto de ebullicin del alcohol (metanol punto de ebullicin est a 60-70 C a la presin atmosfrica) para asegurar que el alcohol no se pierde por evaporacin.Adems, el rendimiento de biodiesel disminuye si la temperatura de reaccin va ms all de su nivel ptimo debido a una temperatura de reaccin ms elevada acelerar la reaccin de saponificacin que resulta en un menor rendimiento.Dependiendo de los tipos de aceite, el rendimiento mximo se obtiene a temperaturas que varan de 60 a 80 C[5]y[9].3.2.Relacin molar de alcohol a aceiteLa relacin estequiomtrica para la reaccin de transesterificacin consiste en 3 mol de alcohol y 1 mol de triglicrido para producir 3 mol de ster de cido graso y 1 mol de glicerol.El exceso de alcohol se utiliza durante la transesterificacin para asegurar que los aceites sern completamente convertido a ster debido a la reaccin hacia adelante siendo ms favorable.Adems, un alcohol superior a la proporcin de triglicridos puede resultar en una mayor conversin de ster en un tiempo ms corto.La relacin molar se asocia estrechamente con el tipo de catalizador utilizado.Para la transesterificacin catalizada por base, donde los cidos grasos libres son menos del 1% despus del pretratamiento, una relacin molar de metanol a aceite de 5: 1 o de 6: 1 es suficiente para convertir aceite de Jatropha al biodiesel[14],[15]y[ 27].Sin embargo, cuando el porcentaje de cidos grasos libres en aceites es alta, una relacin molar tan alta como 20: 1 o 24: 1 se necesita cuando se usa cido-catalizada de transesterificacin[33]y[36].3.3.La concentracin de catalizadorLa concentracin de catalizador puede afectar el rendimiento del biodiesel producido.Como se mencion anteriormente, los catalizadores bsicos son generalmente preferidos para catalizadores cidos debido a la mayor reactividad y la temperatura de proceso requerida inferior[25].Freedman et al.[46]encontr que el metxido de sodio fue ms eficaz que el hidrxido de sodio debido a la reducida cantidad de agua producida tras la mezcla de hidrxido de sodio con metanol.Como la concentracin de catalizador aumenta, la conversin de triglicridos y el rendimiento de biodiesel tambin aumentaron.Una concentracin de NaOH en el intervalo de 1,0-1,4% (w / w) se ha encontrado que produce la conversin de 90-98% de aceite de Jatropha a metil ster[20]y[27].En cuanto a la concentracin de KOH que van desde 0,55 hasta 2,0% (w / w), 95-99% de Jatropha biodiesel se ha obtenido[6],[14],[15]y[28].Sin embargo, el rendimiento de biodiesel se reduce si los catalizadores alcalinos se aadieron por encima de su concentracin ptima ya que esto hace ms formacin de jabn[5].3.4.El tiempo de reaccinLos aumentos de las tasas de conversin con tiempo de reaccin.Inicialmente, la reaccin fue lenta debido a la mezcla y la dispersin de alcohol en el aceite segn lo informado por Freedman et al.Despus de algn tiempo, la reaccin procede ms rpido hasta que se alcance el mximo rendimiento[46].Para la transesterificacin catalizada por base, el rendimiento de biodiesel alcanza el mximo en un tiempo de reaccin de 120 min o menos[20],[28]y[30].Transesterificacin catalizada por cido requiere un tiempo de reaccin incluso ms larga que la reaccin catalizada por bases debido a catalizadores bsicos son generalmente exhiben una mayor reactividad que los catalizadores de cido[25].El tiempo de reaccin necesario durante la conversin de triglicridos en biodiesel puede variar de 18 a 24 h como investigado en el trabajo previo[11]y[36].Sin embargo, un exceso de tiempo de reaccin conducir a una reduccin en el rendimiento del producto debido a la reaccin de transesterificacin hacia atrs, causando ms cidos grasos para formar jabones[5].4. Aspectos econmicos de biodieselEl biodiesel se ha vuelto ms atractivo recientemente debido a sus beneficios ambientales y el hecho de que es sostenible porque est hecho a partir de fuentes renovables.Tiene varias ventajas sobresalientes como un combustible alternativo eficaz con un menor nivel de contaminacin.Sin embargo, el costo de biodiesel es el gran desafo, ya que vara dependiendo de la materia prima, procesamiento, transporte, el precio del petrleo crudo y otros[1]y[21].Los aceites vegetales son renovables y una fuente potencial de contenido de energa cerca de combustible diesel de petrleo.Sin embargo, el coste relativamente alto de los aceites vegetales (aproximadamente cuatro veces el coste de diesel en la India) ha hecho biodiesel no es econmicamente viable como el ster de metilo producido a partir de estos aceites comestibles es mucho ms caro y no puede competir econmicamente con los combustibles diesel.El costo de las materias primas representa el 60-75% del coste total de combustible biodiesel[1]y[21].Leduc et al.[47]tambin inform de un aumento del 40% en el costo biodiesel asociado con un aumento en el costo de materias primas.Lim y Teong[48]tambin determinaron que el precio de la materia prima por s solo representa ms de 75% del coste total de la produccin de biodiesel que se muestra enla Fig.3. Con el reciente aumento de los precios del petrleo y las incertidumbres de la disponibilidad de petrleo debido al agotamiento, el biodiesel est todava ganando inters.Por lo tanto hay una necesidad de explorar materias primas alternativas para reducir el costo de produccin de biodiesel.

Fig.3.Desglose general de costos de la produccin de biodiesel[48].Opciones FiguraLa seleccin de la mejor seleccin de materias primas es esencial para asegurar y mantener la produccin de biodiesel de bajo coste.Aceites no comestibles como la jatrofa, pongamia, karanji as como aceites y grasas de origen animal de cocina residuales pueden ser convertidos en biodiesel.Sin embargo, el problema asociado con estos aceites de bajo costo es a menudo el alto contenido de cidos grasos libres (AGL).El tratamiento previo tiene que ser llevado a cabo con el fin de eliminar estos cidos grasos libres antes de proceder a la posterior transesterificacin.En trminos de costos de produccin, hay dos aspectos, el proceso de transesterificacin y la recuperacin de glicerol.Un proceso de transesterificacin continua con un tiempo de reaccin ms corto y una mayor capacidad de produccin puede disminuir el costo de produccin.Adems, el costo del combustible biodiesel se puede bajar si una planta de biodiesel tiene su propia planta de recuperacin de glicerol[21].Leduc et al.[47]Tambin se han estudiado los factores que intervienen en la produccin de biodisel a partir de Jatropha curcas a un costo competitivo y reducir al mnimo los costos generales con el fin de satisfacer la demanda como un potencial sustituto de diesel.Los resultados afirmado que el coste de la biomasa tiene la mayor influencia en el costo de produccin de biodiesel (un aumento del 40% en el costo de biodiesel), mientras que el costo de la inversin, el costo del transporte y el glicerol (por producto) precio son menos importantes.En cuanto a las diferentes mezclas de biodiesel, los costos de biodiesel no difieren mucho, pero las composiciones de emisiones que contribuyen a la contaminacin del medio ambiente deben ser el principal factor decisivo[47].Para el biodiesel a estar bien establecida y aceptada en el mercado, muchos factores y cuestiones deben ser superadas.Las cuestiones clave son la utilizacin de materias primas de bajo coste tales como aceites vegetales no comestibles o aceites usados, mejorando la eficiencia del proceso de produccin a travs de variables y condiciones de proceso ptimas y minimizar el coste de los catalizadores utilizados, aunque la regeneracin de catalizadores.Adems, las cualidades de emisiones de biodiesel se pueden mejorar a travs de un proceso de mezcla con el fin de seguir siendo aceptable para el pblico.Un mayor desarrollo de la utilizacin del subproducto tal como glicerol mejorar la viabilidad econmica del proceso general de produccin de biodiesel.Por encima de todo, un fuerte apoyo gubernamental y la aplicacin de polticas jugarn un papel importante en determinar el xito de la industria del biodiesel.La industria del biodiesel est todava detrs de la industria del petrleo y gas convencional en trminos de rentabilidad financiera y apoyo a la infraestructura.Por lo tanto, la aplicacin de un impuesto sobre el carbono que premia el uso del uso de combustibles renovables incluyendo biodiesel y sus mezclas ms de diesel fsil puede estimular la industria de biodiesel.Mecanismos para estimular una mayor participacin de la comunidad mundial hacia la reduccin de (GEI) las emisiones de gases de efecto invernadero promover an ms el uso de combustibles renovables[48]y[51].5. Consideraciones ambientalesEl biodiesel es considerado como neutro en carbono debido a que el dixido de carbono liberado a la atmsfera durante su consumo como combustible se ha reciclado y reutilizado para el crecimiento de los cultivos de aceite vegetal[9].Biodiesel tiene un ndice de cetano superior que el diesel debido a sus cidos grasos de cadena larga con 2-3 dobles enlaces, es sin aromticos y contiene 10-11% de oxgeno en peso.Estas caractersticas de biodiesel reducir la emisin de dixido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y partculas en el gas de escape en comparacin con el combustible diesel[49].El biodiesel tiene un contenido energtico menor que el diesel de petrleo, por lo que requerir ms combustible para producir la misma energa en comparacin con el combustible diesel de petrleo.Rajesh et al.[50]ha mencionado que la velocidad de combustin de biodiesel se reduce en un 11% en comparacin con el diesel.Sin embargo, en vista del impacto ambiental a travs de las emisiones, el biodiesel se ha informado a emitir contaminantes menores en comparacin con diesel.La comparacin de las emisiones de biodiesel y diesel convencional se da enla Tabla 9.Tabla 9.Comparacin de emisiones de biodiesel y diesel[52].Tipo de emisinB100 (%)B20 (%)

Total de los hidrocarburos no quemados-67-20

Monxido de carbn-48-12

Partculas-47-12

NOx102--2

Sulfatos-100-20

PAH (hidrocarburos aromticos policclicos)-80-13

nPAH (de HAP nitrados)-90-50

Opciones de la tablaEl rendimiento de la emisin de cada ster metlico vara de acuerdo con las propiedades de la materia prima[51].En general, todas las emisiones asociadas con el 100% de biodiesel puro (B100) son ms bajos que el diesel convencional a excepcin de NOx.El NOxlas emisiones de aumento biodiesel puro en promedio en un 10%, dependiendo de las caractersticas de combustin del motor y el procedimiento de prueba.Adems, las emisiones de azufre se eliminan esencialmente con biodiesel puro en comparacin con el diesel.Adems, las emisiones de escape de los hidrocarburos totales, monxido de carbono y partculas tambin son ms bajos en promedio en un 67%, 48% y 47% respectivamente para biodiesel comparacin con el combustible diesel.El nivel de hidrocarburos aromticos policclicos (HAP) que han sido identificados como posibles compuestos que causan cncer tambin muestra un descenso del 80% en la emisin de biodiesel[52].6. ConclusionesEl problema de la disminucin de las reservas de petrleo y el aumento de la conciencia de la contaminacin ambiental de las emisiones de combustibles de petrleo han llevado a la necesidad de encontrar combustibles alternativos renovables como un sustituto de los combustibles a base de petrleo.El biodiesel, que tiene beneficios ambientales y se produce a partir de recursos renovables, se ha vuelto ms atractivo recientemente.Jatropha curcas se est convirtiendo en una materia prima potencial para la produccin de biodiesel, debido a sus caractersticas adecuadas.Aceite de Jatropha tiene un mayor nmero de cetano[51]en comparacin con el diesel[46],[47],[48],[49]y[50]y por lo tanto es un combustible alternativo ideal y no requiere ninguna modificacin del motor para funcionar .Hay varios mtodos propuestos para la produccin de biodiesel, de los cuales la transesterificacin de aceites vegetales es el ms preferible debido a su renovabilidad y la sostenibilidad.Los factores que afectan la transesterificacin son la relacin molar de alcohol a glicrido, la cantidad de catalizador requerido, la temperatura de reaccin, el tiempo de reaccin y la cantidad de cidos grasos libres en el material de alimentacin.Aparte de las tcnicas convencionales para la produccin de biodiesel, la aplicacin de alcohol supercrtico y el ultrasonido se ha explorado para lograr la mejora del rendimiento del producto final.El costo de biodiesel es el gran reto y un obstculo frente a la comercializacin de los productos.Esto es debido al relativamente alto costo de los aceites vegetales como materias primas en la produccin de biodiesel y ha hecho biodiesel no es econmicamente viable.Un proceso de transesterificacin continua puede ser una de las opciones para reducir el costo de produccin.Adems, la recuperacin de alta calidad por productos tales como glicerol para otras aplicaciones tiles es una posible manera de compensar el alto costo de los aceites vegetales como materia prima.Se requiere ms desarrollo y esfuerzo con tcnicas avanzadas ms o mtodos para la produccin de biodiesel eficaz para tener caractersticas comparables a diesel, y que sean sostenibles y econmicamente viables.Las composiciones de emisiones de biodiesel han contribuido mucho en la reduccin de la contaminacin del medio ambiente en el que se utilizan, que ha ganado mucha atencin y preocupacin hoy en da y, finalmente, debe ser el punto de vista de la mayora.Por lo tanto, es necesario el desarrollo y mejora continua de biodiesel en la produccin de emisiones ms limpias con un menor impacto sobre el medio ambiente y con un coste mucho ms bajo en comparacin con los combustibles fsiles.Por ltimo, los incentivos del gobierno pueden estimular la industria y el resultado en el mantenimiento de biodiesel como combustible sostenible.