marcodereferencia piñon jatropha

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11 3. MARCO DE REFERENCIA 3.1. Jatropha curcas L - GENERALIDADES DE LA PLANTA 3.1.1. Clasificación taxonómica Tabla 1. Ficha Técnica de Jatropha curcas L. CLASIFICACIÓN CIENTÍFICA NOMBRE CIENTÍFICO BINOMIAL Jatropha curcas Linneo NOMBRE VULGAR Piñón, Coquito, Tempate, Piñoncito, Higos del duende, Barbasco, Piñones purgativos, Higo de infierno, Purga de fraile, Piñón manso. REINO Plantae DIVISIÓN Embryophyta CLASE Magnoliopsida ORDEN Euphorbiales FAMILIA Euphorbiaceae GÉNERO Jatropha ESPECIE J. curcas El piñón (Jatropha curcas L.) pertenece a la familia de las euforbiáceas, es nativa de Centro América y Norte de Sur América, conocida y cultivada desde épocas precolombinas. En la actualidad se encuentra distribuida en muchos lugares tropicales del mundo. El nombre Jatropha proviene del vocablo griego iatrós = médico y trophé = alimento, de ahí, que es reconocida medicinalmente para afecciones de la piel (látex de las hojas), purgante (semillas), diurético (raíz), entre otros. Es una planta rústica y perenne, tolerante a la sequía y de buena adaptación a varias condiciones edafoclimáticas (www.fao.org/docrep/q1460s/q1460s02.htm , Agosto 14 de 2006), a su vez puede ser utilizada en la recuperación de áreas degradadas por la explotación minera y reforestación de áreas devastadas. (Tominaga, 2007, 59). Su aceite no es de consumo humano, sin embargo se encuentra entre las fuentes más promisorias de granos oleaginosos para la producción de biodiesel, debido a sus bajos costos de producción agrícola y, sobre todo, porque podría ocupar suelos poco fértiles y arenosos generalmente no aptos para la agricultura, proporcionando así una nueva opción socioeconómica para el país. (www.fao.org/docrep/q1460s/q1460s02.htm , Agosto 14 de 2006).

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3. MARCO DE REFERENCIA 3.1. Jatropha curcas L - GENERALIDADES DE LA PLANTA

3.1.1. Clasificación taxonómica

Tabla 1. Ficha Técnica de Jatropha curcas L.

CLASIFICACIÓN CIENTÍFICA NOMBRE CIENTÍFICO

BINOMIAL Jatropha curcas Linneo

NOMBRE VULGAR Piñón, Coquito, Tempate, Piñoncito, Higos del duende, Barbasco, Piñones purgativos, Higo de

infierno, Purga de fraile, Piñón manso. REINO Plantae

DIVISIÓN Embryophyta CLASE Magnoliopsida ORDEN Euphorbiales FAMILIA Euphorbiaceae GÉNERO Jatropha ESPECIE J. curcas

El piñón (Jatropha curcas L.) pertenece a la familia de las euforbiáceas, es nativa de Centro América y Norte de Sur América, conocida y cultivada desde épocas precolombinas. En la actualidad se encuentra distribuida en muchos lugares tropicales del mundo. El nombre Jatropha proviene del vocablo griego iatrós = médico y trophé = alimento, de ahí, que es reconocida medicinalmente para afecciones de la piel (látex de las hojas), purgante (semillas), diurético (raíz), entre otros. Es una planta rústica y perenne, tolerante a la sequía y de buena adaptación a varias condiciones edafoclimáticas (www.fao.org/docrep/q1460s/q1460s02.htm, Agosto 14 de 2006), a su vez puede ser utilizada en la recuperación de áreas degradadas por la explotación minera y reforestación de áreas devastadas. (Tominaga, 2007, 59). Su aceite no es de consumo humano, sin embargo se encuentra entre las fuentes más promisorias de granos oleaginosos para la producción de biodiesel, debido a sus bajos costos de producción agrícola y, sobre todo, porque podría ocupar suelos poco fértiles y arenosos generalmente no aptos para la agricultura, proporcionando así una nueva opción socioeconómica para el país. (www.fao.org/docrep/q1460s/q1460s02.htm, Agosto 14 de 2006).

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3.1.2. Morfología vegetal Dentro de la descripción morfológica de esta especie, puede mencionarse que la Jatropha curcas L. es un arbusto o árbol pequeño de 2 a 6 m de altura, con corteza blanco-grisácea, que exuda un látex translúcido al cual se le atribuyen usos medicinales, especialmente como tratamiento para lesiones cutáneas. (www.biocombustibles.blogspot.com, Marzo 2007). La planta entra en reposo vegetativo que se manifiesta con la caída de las hojas y la paralización del crecimiento, este puede ser inducido por la sequía, bajas temperaturas y baja luminosidad, bajo estas condiciones la planta sobrevive gracias al agua almacenada en sus tejidos. Con las primeras lluvias termina el reposos vegetativo y en las plantas rebrotan sus nuevas hojas y las primeras inflorescencias (Tominaga, 2007,56-58). Tallo: Los tallos crecen con una discontinuidad morfológica, cada incremento es un cilindro verde robusto que produce ramas (gajos) con savia láctea o rojiza viscosa, esta ramificación puede darse desde la base y se bifurca normalmente para cada inflorescencia (www.biocombustibles.blogspot.com, Marzo 2007). El tronco es poco resistente y su superficie es lisa. Las ramas del tallo tienen cicatrices que se forman por causa de la caída de las hojas; al pasar la inflorescencia comienzan a crecer dos nuevas ramas (ramas secundarias) desarrollándose a partir de ella. La yema apical de cada rama secundaria se transforma en una inflorescencia secundaria, a partir de la cual se forman dos ramas terciarias, y así sucesivamente se van formando las ramas y las inflorescencias, así pues el número de ramas aumenta, teóricamente en progresión geométrica, lo anterior implica que a mayor número de ramos primarios (gajos) significa mayor producción de frutos. (Tominaga, et al, 2007, 26).

Imagen 1Tallo ceroso Piñón

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Raíz: Las plantas cultivadas a partir de semillas, tienen raíz pivotante, que se profundiza en el suelo en busca de agua y nutrientes. Las plantas sembradas a partir de estacas, presentan raíces superficiales, por lo tanto no se recomienda en climas secos ni de vientos fuertes. (Tominaga, et al, 2007, 76).

Imagen 2 Raíz de plántula de Piñón

Hoja: Las hojas se forman normalmente con 5 a 7 lóbulos acuminados poco profundos y grandes. Tienen pecíolos largos con una longitud de 10 a 15 centímetros y ancho de 9 a 15 centímetros; inicialmente son verde rojizas anchamente ovadas, posteriormente van madurando, se tornan abiertamente cordadas en la base con 5 nervaduras y presentan una coloración verde. En la época de verano el arbusto generalmente pierde sus hojas y entra en reposo vegetativo. (www.biocombustibles.blogspot.com, Marzo 2007)

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Imagen 3. Hojas de Piñón en diferentes etapas

Flor: Estas se forman simultáneamente con el surgimiento de las nuevas hojas y forman racimos de 10 a 20 flores femeninas y más de 50 masculinas. (Tominaga, et al 2007, 30). Ambas flores, masculinas y femeninas, son pequeñas (6-8 mm), los pétalos son de 6-7 mm largo. La longitud del pedúnculo va entre 6-23mm (www.biocombustibles.blogspot.com, Marzo 2007). Las flores femeninas tienen un pedúnculo largo y las flores masculinas tienen 10 pétalos, 5 unidos a la base y 5 unidos a la columna. Las flores de una misma inflorescencia se abren en diferentes días; la flor femenina de la parte más baja del racimo se abre primero y después se van abriendo las flores situadas encima de la primera; cuando la primera flor femenina abre, las otras van abriendo diariamente. La mayoría de las flores femeninas abren primero que las masculinas, lo que favorece la polinización cruzada, la duración de apertura de la primera flor femenina hasta la última es de aproximadamente 20 días y luego permanecen receptivas durante 3 días para la polinización, la cual es hecha por insectos; al cuarto día las flores que no fueron fecundadas caen. Dependiendo de la duración del invierno o si se cuenta con irrigación, la planta puede presentar varias floraciones en el año. En el período húmedo la planta puede florecer todo el año, siempre y cuando cuente con suelos bien drenados; en condiciones de sequía prolongadas las florescencias pueden darse entre 2 y 4 veces al año (Tominaga, et al 2007, 31-32).

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Imagen 4 Imagen 5 Flor Masculina Piñón

Fruto: Son cápsulas carnudas de forma ovoide, que contiene generalmente 3 semillas negras, aunque pueden existir frutos que contengan entre 1 y 4 semillas. Las frutas son cápsulas inicialmente verdes, que al ir madurando se van tornando amarillas y luego café oscuro o negras, momento en el cual deben ser cosechados. Las cápsulas de los frutos son de 2.5 a 4 centímetros de largo por 2 centímetro de ancho. Se producen los frutos en la época de lluvia después de la defoliación, la cual ocurre en la época de sequía; pueden producir varias cosechas durante el año si la humedad de la tierra es buena y las temperaturas son suficientemente altas; Según Tominaga et al, 2007, en suelos pobres de nutrientes y humedad los frutos que se forman pueden presentar semillas vanas o con poco albumen. Cada inflorescencia rinde un manojo de aproximadamente 10 frutos ovoides o más. El desarrollo del fruto necesita aproximadamente de 90 días desde la floración hasta que madura la semilla. (www.biocombustibles.blogspot.com, Marzo 2007). Anualmente se obtienen alrededor de 30 Kg de fruto por planta, de las cuales, 12 Kg corresponden a la semilla y el rendimiento es de 12 ton de frutos por ha. Y 4,8 ton. de semilla. . (www.energia.inf.cu/eventos/memorias4/trabajos/Biodiesel, Agosto 23 de 2006). Según OISM 2006, los rangos de producción de semilla son de aproximadamente 0.4 toneladas por hectárea por año hasta por encima de 12 ton/ha dependiendo de las condiciones de crecimiento.

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Imagen 5.Frutos verdes Piñón

Semilla: Las semillas de Jatropha están disponibles durante la estación seca (OISM, 2006). La semilla se compone del tegumento y el albumen, y tiene un porcentaje de germinación del 80% (Tominaga, et al 2007, 67). El tegumento es oscuro y rígido, en la parte superior de este se encuentra la carúncula, la cual se denomina como una excrecencia carnuda. La almendra que se encuentra dentro del tegumento, es una masa blanca rica en aceite (32). En promedio el peso de 1000 semillas es aproximadamente 500g, en teoría la semilla contiene aproximadamente 30-40% de aceite y 30-32% de proteína. La cáscara es aproximadamente 43% de la semilla y el albumen 57% del cual el 30% es grasa cruda. La semilla contiene minerales como fósforo, calcio, sodio, potasio, magnesio y se compone de alcaloides, aceites fijos, ácidos grasos (palmítico, oleico, linoléico, esteárico), curcina y ácidos de forbol, una albúmina tóxica responsable de su elevada toxicidad. . (www.energia.inf.cu/eventos/memorias4/trabajos/Biodiesel, Agosto 14 de 2006). El aceite contenido en la semilla está compuesto en un 21% por ácidos grasos saturados y un 79% ácidos insaturados. Hay algunos elementos químicos en el aceite que son venenosos siendo no apropiado para el consumo humano (OISM 2006).

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Imagen 6. Semillas Piñón

3.1.3. Hábitat La planta de Jatropha curcas L. se adapta a diversas condiciones climáticas por causa de su rusticidad. Puede ser cultivada tanto en regiones tropicales secas como en ecuatoriales húmedas; es capaz de soportar tierras de baja fertilidad, presentando en estas condiciones una producción satisfactoria. (Tominaga, 2007, 56). La duración del período de lluvias y el índice pluviométrico anual influencian la productividad, de este modo las precipitaciones pluviométricas óptimas deben estar entre los 480 y 2380 mm/año, pero para una buena producción lo ideal son valores por encima de los 600 mm/año, la cual puede ser afectada por irregularidad en la distribución de las lluvias y por fuertes vientos prolongados en la época de floración1. La temperatura influencia directamente el desarrollo de la planta, y debe estar entre 18°C y 29°C, medida como temperatura media anual. (Tominaga, 2007, 58). Según Saturnino, la planta puede sobrevivir a heladas, siempre y cuando estas no sean fuertes ni prolongadas, sin embargo, pierde sus hojas y afecta la producción2.

1Saturnino, et al, Cultura de Piñón Manso (Jatropha curcas L.) Informe Agropecuario, dado por Tominaga Cultivo de Piñón Manso Para la Producción de Biodiesel, 2007, Pág. 56-57 2 Saturnino, et al, Cultura de Piñón Manso (Jatropha curcas L.) Informe Agropecuario, dado por Tominaga Cultivo de Piñón Manso Para la Producción de Biodiesel, 2007, Pág. 59

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Se ha encontrado, que la productividad también depende del nivel de acidez y de la fertilidad del suelo, de este modo la planta se ve afectada en suelos ácidos, en donde el pH sea menor de 5,5, sin embargo estudios realizados en Mina Gerais Brasil, demuestran que hay plantaciones que sobreviven a pH inferior de 5,5, lo cual señala cierta tolerancia al aluminio (Al+3) debido en parte a su vigoroso sistema radicular3; aunque resiste a suelos poco fértiles, para una buena productividad se recomienda que esta sea moderada, siendo necesario un análisis de suelo, para verificar la necesidad de fertilización y corrección de acidez. (Tominaga, 2007, 59-60). La adaptación óptima se da desde altitudes que van entre los 0 y 1000 msnm. De acuerdo a la topografía puede ser cultivada en valles y campo abierto. (62) A continuación la tabla 2, resume el rango más amplio de las condiciones en las que puede darse la planta.

Tabla 2. Condiciones Edafoclimáticas INDICADOR JATROPHA

EDÁFICO

Suelos Francos y Franco Arenosos

Suelos no ácidos

CLIMÁTICO Precipitación: 200-4000 mm./año Brillo solar: ≥ 3h/día

Temperatura: 20-35 ºC ALTITUD 0-1500 msnm

La planta crece casi en cualquier parte, incluso en las tierras cascajosas, arenosas y salinas, puede crecer en la tierra pedregosa más pobre, inclusive en las hendeduras de piedras. (OISM, 2006). Hay autores que afirman que la planta puede resistir rangos más amplios, sin ser los más óptimos, por ejemplo, puede sobrevivir a largos períodos de sequía (200 mm por año), aunque esta condición afectaría la productividad según lo explicado anteriormente. Esta especie podría abarcar desde los 0 hasta los 1500 msnm, con temperaturas óptimas entre los 20 y los 35°C. (www.sgsica.org/busqueda/busqueda_archivo.aspx?Archivo=odoc_6215_1_24022006.pdf, Agosto 14 de 2006). Esta especie puede ser parte de un sistema agrosilvicultural o puede plantarse en tierras que estén en período de descanso y a lo largo de los límites de pastizales porque no crece demasiado alto, así como también es apropiada en los terrenos

3 Saturnino, et al, Cultura de Piñón Manso (Jatropha curcas L.) Informe Agropecuario, dado por Tominaga Cultivo de Piñón Manso Para la Producción de Biodiesel, 2007, Pág. 89

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sin aprovechar junto a las vías férreas, carreteras y canales de irrigación. Esta especie podría considerarse también para fines de conservación de suelo y agua en cuencas de cabecera erosionadas, por ser extraordinariamente adaptable a la mayoría de las condiciones del suelo. (www.fao.org/docrep/q1460s/q1460s02.htm, Agosto 14 de 2006). Las raíces pivotantes no son muy profundas, pero aún así ayudan a retener el agua de la lluvia y a que penetre en el subsuelo hasta llegar a la capa freática. Como todo árbol, es beneficioso y equilibra el ecosistema. Con el establecimiento del cultivo, las tierras agotadas recuperan poco a poco su fertilidad. (Peixoto, 2004). 3.2. USOS DE LA PLANTA Cerca viva: demás de la producción de semillas para la extracción de aceite, el piñón puede ser utilizado como cerco vivo. (www.cpatsa.embrapa.br) Medicinal: En la medicina indígena, el látex de la planta se aplica como cicatrizante, hemostático y, también, como purgante. Las raíces se consideran diuréticas y antileucémicas y las hojas se utilizan para combatir las enfermedades de la piel. Son eficaces, utilizadas también, contra el reumatismo, además de mostrar cualidades para el tratamiento de la sífilis. Las semillas se utilizan como purgativo, pero pueden causar intoxicación en niños y adultos cuando la dosis ingerida es superior. Las propiedades toxicas del piñón se atribuyen a: una globulina, la curcasina y el ácido jatrópico, de toxicidad igual o superior a la ricinina contenida en las semillas de higuerilla. (www.cpatsa.embrapa.br) Biogás y Fertilizante: las cáscaras que recubren las semillas pueden ser transformadas mediante el almacenamiento en un tanque especial donde, por medio de un proceso anaerobio, se transforman en biogás y fertilizante. (www.es.wikipedia.org/wiki/Jatropha) Biodiesel y Subproductos: La semilla es prensada y en este paso, se obtienen dos productos; el jugo de la semilla, que es un aceite vegetal que no puede ser utilizado en la alimentación humana, y una torta prensada, que es lo que queda de la almendra después de exprimirla. La torta contiene algunos componentes tóxicos que al ser eliminados, esta se transforma en un excelente alimento balanceado para el ganado, con un contenido proteínico superior al 50% (www.envio.org.ni/articulo/2177, Agosto 26 de 2006); una vez obtenido el aceite, se procede a la transesterificación, proceso en el cual se obtiene el producto principal que es el biodiesel y un subproducto que es el glicerol; este último se utiliza como desengrasante, garrapaticida, pulguicida, piojicida, aceite soluble para máquinas, alimento balanceado, en la producción de jabones, edulcorante; por tanto la materia básica es el aceite que puede ser obtenido a partir de cualquier oleaginosa,

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la elección de la planta se basa exclusivamente en la capacidad de cultivo, el costo de este, etc., para lo cual la Jatropha curcas L. es ideal (www.centralbiodieselhtp.com/sp/index.php, Agosto 13 de 2006).

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3.3. CADENA PRODUCTIVA DEL BIODIESEL Para pensar en la cadena productiva a partir del biodiesel obtenido del aceite del piñón, es necesario especificar los pasos desde la implementación del cultivo hasta obtener el producto final, el biodiesel. El establecimiento del cultivo requiere una previa evaluación del suelo, con el fin de establecer el pH, fertilidad y estructura del suelo, lo cual se logra con un análisis de suelo. El siguiente paso, es realizar la preparación del suelo, la cual incluye arado, correcciones por micro nutrientes, macro nutrientes y pH en caso de ser necesario. La siembra debe realizarse al inicio de la temporada de invierno, esto para que las plantas aprovechen las lluvias y tengan un buen desarrollo inicial. La siembra puede hacerse directamente en el suelo, por plántulas de vivero o por estacas. Una vez establecido el cultivo, las semillas germinan aproximadamente entre los 5 y 10 días tanto por siembra directa como en vivero. El tiempo que transcurre hasta la floración está alrededor de los 4 meses, y 3 meses más toma el desarrollo de flores a frutos. Los frutos deben ser cosechados maduros, esta recolección se hace manualmente, lo cual da lugar a la generación de empleo. Los frutos colectados son secados, almacenados y descascarados, para obtener así la semilla que contiene el aceite. La planta continúa su proceso natural, es decir, se defolia y posteriormente rebrota y simultáneamente produce nuevas inflorescencias, continuando el ciclo productivo.

Imagen 7. Secado de frutos maduros

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Imagen 8. Descascarado de semillas

Las semillas obtenidas, deben ser previamente preparadas: 3.3.1. Limpieza

La finalidad de esta operación es aumentar la seguridad de las etapas posteriores y garantizar la calidad de los productos obtenidos, eliminando impurezas metálicas, minerales y resto de material vegetal. Se realiza una etapa previa de separación en tambores rotatorios, una separación magnética, eliminación de piedras y limpieza final en un tamiz vibratorio con equipos de aspiración (Sineiro, et al, 1998, 55). 3.3.2. Secado Para evitar posibles alteraciones en la calidad de los aceites, las semillas no deben alcanzar una humedad superior al 8 %, y para lograr un descascarado eficaz no debe superar el 7.5 %. Se emplean equipos de secado de bandas perforadoras, de lecho fluidizado o calentadores verticales (55). 3.3.3. Descascarado Según Tranchino, L., et al, este proceso se hace con el fin de eliminar desgaste en los equipos de extracción, debido a que algunos de estos pueden ser susceptibles a daños, aumentando así mismo la productividad de aceite en más de un 20 %. Además en caso de utilizar solventes se reducirán las pérdidas de estos. No es recomendable alcanzar separaciones entre la cáscara y la semilla inferior al 85 o

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90 % debido a que porcentajes menores aumentarían la cantidad de partículas finas que entran a los equipos, provocando el posible colapso de estos4. 3.3.4. Fragmentación Las semillas son molidas o trituradas buscando tamaños menores para liberar de forma más fácil el aceite contenido en ellas, y para evitar daños mecánicos en los equipos. (Sineiro, et al, 1998, 56). 3.3.5. Extracción del aceite Los procesos de extracción han sido utilizados desde principios del siglo XX; Rudolf Diesel fue el primero en realizar pruebas determinísticas al extraer aceite de maní para poner en funcionamiento un motor, es así como hoy en día se estudian las posibilidades de implementar las antiguas y nuevas técnicas en cuanto a la extracción de aceites vegetales, para su posterior comercialización principalmente como combustible (Calle, et al, 2005). La extracción de aceite puede realizarse por diversos métodos, según el porcentaje de aceite que contenga las semillas, estas pueden clasificarse en semillas de bajo contenido graso (sobre un 20% de aceite o menos), como la soya y en semillas de alto contenido graso (sobre un 50% de aceite), como la canola, colza, piñón y girasol. El proceso de extracción es diferente en cada caso, aunque a veces procesos establecidos en principio para semillas de bajo contenido se han empleado para semillas de alto contenido graso y viceversa (Sineiro, et al, 1998, 58).

3.3.5.1. Extracción por Prensado Este método es ampliamente utilizado para la extracción de aceite. Puede ser de dos tipos, el prensado único, y el prensado con extracción con disolventes. El prensado único o total se emplea para extraer el aceite hasta un valor de contenido residual en la torta de prensado de 3 a 4 %. Presenta ventajas como la obtención de aceite que requiere menor tratamiento posterior, y no se emplean disolventes. Como desventajas se encuentra que el aceite es sometido a mayores temperaturas disminuyendo su calidad y demandando alto costos operativos debido al mantenimiento de las prensas y a la alta potencia requerida (58).

4 TRANCHINO, L., et al. Almost complete dehulling of high oil sunflower seed, dado por SINEIRO, J., et al. Empleo de procesos de extrusión en la extracción de aceites vegetales, 1998, p.56.

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Imagen 9. Prensa para extracción de aceite

3.3.5.2. Extracción por Prensado y Disolventes La mayoría de las plantas de extracción de aceites vegetales, utilizan el Hexano como disolvente de extracción. El prensado combinado con la extracción con disolventes consiste en separar el aceite hasta un valor de contenido en aceite residual entre un 18 y 20 % en la torta de prensado, extrayéndose a continuación esta torta con disolventes orgánicos hasta la extracción casi total del aceite (< 1% de aceite residual) (Sineiro, et al, 1998). En este sistema se hace una primera extracción utilizando el método por presión y luego el producto es sometido a una segunda extracción con solvente donde el material puede ponerse en contacto con el solvente de extracción con hexano o éter de petróleo para obtener una micela (solución de aceite-solvente) que será sometida a un proceso de rotaevaporación para separar el aceite del solvente. A su vez la materia prima agotada se seca y tuesta para recuperar el resto del solvente (Revista ALIMENTACIÓN, Equipos Y Tecnología, abril 1998. Pág. 55-62) Uno de los métodos utilizados para la extracción con disolventes es el Soxhlet, que consiste en llenar completamente con material vegetal pulverizado proveniente del prensado la campana de extracción del equipo. En un balón de vidrio se deposita el solvente indicado hasta un 75 % de la capacidad del mismo y se conecta a la campana de extracción. El balón con el solvente es calentado, iniciándose el proceso de extracción continua, hasta que el material vegetal pierda coloración, lo cual puede tardar varios días. A la mezcla depositada en el balón se le retira el solvente mediante evaporación y se obtiene una pasta semisólida que se denomina extracto bruto (www.controlbiologico.com, Agosto 30 de 2006).

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Por otro lado es importante conocer que el aceite obtenido dependerá del cultivo del que provenga. En la tabla 3 se presenta la cantidad de biodiesel obtenido en 1 hectárea de diferentes cultivos.

Tabla 3. Relación Entre Cultivos y Cantidad de Biodiesel Extraído por ha

Tomado de (www.centralbiodieselhtp.com/sp/index.php, Agosto 13 de 2006) 3.3.6. Proceso de Transesterificación El aceite de Jatropha curcas L., plantea los mismos problemas de cualquier otro aceite vegetal, por lo que se hace necesario transformar el aceite. En química existe una reacción conocida como transesterificación (www.envio.org.ni/articulo/2177, Agosto 26 de 2006).

La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan esteres metílicos o etílicos de ácidos grasos mezclando el aceite con el alcohol y un catalizador que usualmente es Hidróxido de sodio (NaOH) o Hidróxido de potasio (KOH); luego de agitar y dejar reposar la solución se obtiene el producto principal que es el biodiesel y un subproducto que es el glicerol. (www.envio.org.ni/articulo/2177, Agosto 26 de 2006). Los aceites están compuestos principalmente por moléculas de triglicéridos formadas de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol. El proceso de transesterificación permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula. La alta

CULTIVO VOL. EXTRAÍDO (L)

Soja (glicine máx.) 420

Arroz (Oriza sativa) 770

Tung (Aleurites fordii) 880

Girasol (Helianthus annuus) 890

Maní (Arachis hipogaea) 990

Colza (Brassica napus) 1100

Ricino (Ricinus communis) 1320

Jatropha (Jatropha curcas) 1590

Aguacate (Persea americana) 2460

Coco (Cocos nucifera) 2510

Cocotero (Acrocomia aculeata) 4200

Palma (Elaeis guineensis) 5550

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viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diesel no modificados, desventaja que se supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren temperaturas entre 40 y 60°C, así como la presencia del catalizador. Después de la reacción se separan dos fases en la mezcla: una superior líquida y cristalina, el biodiesel; y otra inferior, de color por lo general más oscuro y alta viscosidad, la glicerina. (Calle, et al, 2005).

Imagen 10. Etapas del proceso de transesterificación

3.3.7. Ventajas y Limitaciones del Biodiesel El biodiesel, tiene diversas ventajas sobre el diesel convencional, como por ejemplo no contiene sulfuros, disminuyendo las emisiones de SO2 y mejorando la lubricidad del combustible (Calle, et al, 2005). Según Agudelo, et al: “se han alcanzado reducciones del 25%5 en las emisiones de PM-106, estos afirman que la reducción de la emisión de material particulado se debe al contenido de oxigeno de la mezcla de biodiesel. Además se afirma que las emisiones de dióxido de carbono (CO2) son reducidos al utilizar biodiesel en un 20 a 30% lo cual hace de este un combustible atractivo a la reducción del efecto invernadero”. (Rojas, 2004, 60). De igual manera, el estudio realizado por Rojas afirma que: “se han comparado las mezclas de biodiesel - diesel del petróleo con biodiesel; y se encontró que a pesar de que el biodiesel tuvo las menores emisiones de hidrocarburos y monóxido de carbono (CO) también presentó las mayores emisiones de material particulado” (Rojas 2004, 60). Se plantea en el mundo el uso de biodiesel como alternativa energética debido a la existente preocupación de los organismos internacionales por los altos índices de

5 En motores no modificados al usar mezclas de 35% de biodiesel de soja diesel de petróleo 6 Partículas mayores a 10 micrómetros

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contaminación, los cuales sugieren el uso alterno de biocombustibles, para asegurar y diversificar la oferta de energía, y a su vez disminuir las emisiones de CO2; Europa es ejemplo de esto; la Unión Europea propone objetivos para la inclusión de los biocombustibles para el período 2005-2010, en donde se tienen valorados incrementos del 2 al 5.75 % respectivamente, lo cual se refleja en el crecimiento de la producción del biodiesel, específicamente para esta región del mundo en donde se registraron para el año 2003 incrementos del 35 % en la producción del mismo (www.sagpya.mecon.gov.ar, Agosto 9 de 2006) Otras de las ventajas del uso del biodiesel es su elevado punto de inflamación (124ºC) lo cual lo hace más seguro de manipular (Holanda, 2004, 36); se puede producir a partir de insumos locales; es altamente biodegradable en el agua, por lo que es ideal para transporte fluvial, su nivel de toxicidad puede ser muy bajo en caso de ingestión, tanto en peces como en mamíferos; contribuye a la reducción del calentamiento global, ya que emite menos dióxido de carbono (CO2) en su ciclo de vida que el fijado mediante fotosíntesis por las plantas usadas para producirlo, además de esto al ser un combustible oxigenado, el biodiesel tiene una combustión más completa que el diesel, reduciendo las emisiones de monóxido de carbono (CO), material particulado e hidrocarburos no quemados. Si el biodiesel es correctamente elaborado, solo requiere ser filtrado antes de su utilización y puede ser almacenado de igual forma que el gasoil. (Calle, et al, 2005). Por último se afirma que las propiedades fisicoquímicas del biodiesel son muy similares a las del diesel de petróleo y su uso no requiere mayores cambios en estos tipos de motores. Así, puede emplearse directamente en el motor, pudiéndose también utilizar como aditivo, mezclado en cualquier proporción con el diesel. Dentro de las limitaciones del biodiesel, en teoría se pueden nombrar su escasa estabilidad oxidativa (vida útil / período máximo de almacenamiento inferior a seis meses), problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a 0ºC), es incompatible con algunos de los plásticos y derivados del caucho natural (lo que causa eventual sustitución de algunos componentes del motor: mangueras, juntas, sellos, diafragmas, partes de filtros y similares), cuando se carga en tanques sucios por depósitos provenientes del diesel, al “limpiar” dichos depósitos por disolución parcial, puede terminar obstruyendo las líneas de combustible; su alta dependencia del costo de las materias primas y la generación de un subproducto (glicerina) cuya purificación a grado técnico solo es viable para grandes producciones. (López, 2007). 3.3.8. El Biodiesel en el Mundo En la actualidad, son numerosos los trabajos de investigación que tienen como finalidad encontrar nuevas especies de plantas con utilidad para la industria de los biocombustibles. Pero, como se muestra en esta breve reseña histórica, aún falta mucho por explorar y se hacen necesarios nuevos trabajos de investigación que

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demuestren las bondades de esta industria creciente y que respondan a una gran cantidad de interrogantes que se plantean a nivel ambiental en torno a esta nueva alternativa energética, la cual está siendo contemplada dentro de nuestra legislación. (González, 2004) La utilización del biodiesel como fuente de combustión motriz se conoce desde hace muchos años, aproximadamente desde los años 70, Brasil, viene realizando pruebas en motores diesel, en las cuales ha usado biodiesel o aceite vegetal propiamente. Su uso comercial generalizado no se dio más bien por motivos de competitividad con el combustible fósil lanzado al mercado a precios relativamente más bajos que los aceites vegetales dado su abundancia, mientras que los aceites vegetales cuentan con usos alternativos fuertes principalmente en lo que se relacionan a su uso como comestible. (González, 2004) La tecnología para la producción de biodiesel es hoy en día muy bien conocida, Austria es un país pionero en la industrialización y el uso del biodiesel, luego en Argentina se aprobaron las normas técnicas de elaboración y uso de biodiesel y se instalaron varias plantas de producción. En algunos estados de EEUU es obligatorio su uso. En Alemania se producen 1,21 millones de toneladas de biodiesel al año y cuenta con 1300 estaciones de servicios de distribución, en Uruguay se estudia e investiga sobre el tema en las universidades. Chile está produciendo Biodiesel a partir del aceite de colza en la Región; Ecuador, a través del Ministerio de Energía y Minas está impulsando, conjuntamente con otras instituciones públicas y privadas, su novedoso Programa de Biocombustibles, con el fin de multiplicar en el país el uso de bioetanol y biodiesel y buscar alternativas limpias. Nicaragua se prepara para comenzar a obtener el biodiesel de la palma africana y de Jatropha curcas. Brasil y Cuba han realizado numerosos trabajos encaminados al cultivo y aprovechamiento de estas plantas oleaginosas entre las cuales se encuentran la Higuerilla, la soja, colza y Jatropha (o Piñón manso en Brasil). (González, 2004) Colombia posee un gran potencial agrícola, el cual puede ser aprovechado para la producción de combustibles alternativos que sean más amigables con el medio ambiente. Según Agudelo: “En las grandes ciudades el 80% de la contaminación atmosférica es causada por las emisiones provenientes de las fuentes móviles; debido a estos índices de contaminación, el gobierno colombiano está encaminando políticas hacia el uso de combustibles alternativos”7, un ejemplo de esto, es la empresa asturiana Ingemas, la cual se ha asociado con la firma Agroforestal de Colombia para desarrollar, en una franja de 90.000 hectáreas fronteriza con Venezuela, el cultivo de oleaginosas autóctonas y la producción de aceite para biodiesel. Se plantea el cultivo de Inchi, Jatropha y Sacha-Inchi, cuyas semillas son utilizadas en Centroamérica y la India como materia prima de aceites comestibles.

7 AGUDELO, J. Fundamentos para un Curso de Motores de Combustión Interna, dado por PEÑA, Diego. Biodiesel, un combustible alternativo para Colombia. Trabajo de grado, 2000. p. 2.

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En nuestro país se conoce que el principal contribuyente del material particulado es el parque automotor a diesel ya que estos motores se caracterizan por la formación de zonas de baja temperatura o de baja disponibilidad de oxigeno durante la combustión. (Rojas, 2004, 58). Se sabe también que un vehículo diesel emite entre 3 y miles de veces el número de partículas emitido por un vehículo a gasolina. Con respecto a la composición del combustible los contenidos de azufre, de hidrocarburos aromáticos policíclicos e hidrocarburos aromáticos son los responsables de la producción de partículas ultra finas motivo por el cual se ha dado cabida a estudios sobre combustibles alternativos siendo el biodiesel una de estas, el cual puede ser usado puro o mezclado con el diesel del petróleo. (Pashova, et al, 2004, 35).

Cabe anotar la mala calidad del diesel colombiano, el cual se encuentra clasificado como grado numero 4 de la Empresa Colombiana de Petróleos ECOPETROL de acuerdo con la norma ASTN de 975-02, siendo este grado recomendado para motores diesel estacionarios, aunque en nuestro país son utilizados en fuentes móviles; el diesel corriente colombiano8 contiene cerca de 13 veces más azufre que el diesel europeo y norteamericano (Pashova, et al, 2004), esta afirmación puede corroborarse según el artículo Biocombustibles Sostenibles Para Colombia, en donde se muestra que la Procuraduría General de la Nación, y la Organización Panamericana de la Salud (OPS), realizaron el estudio Evaluación de los efectos de la contaminación del aire en la salud de América Latina y el Caribe, 2005; dicho estudio afirma que la ciudad de Medellín, presenta concentraciones de PM10, por encima de ciudades como México y Santiago de Chile. A continuación se presenta dichos valores.

Tabla 4. Concentraciones de PM10 en Latinoamérica Concentraciones de PM10 (ug/m3) en

Latinoamérica Ciudad 2002-2003

Medellín 87-93

Santiago de Chile

70-74

Ciudad de México

65-74

Bogotá 56-66

Como consecuencia de las altas emisiones atmosféricas alcanzadas por las fuentes móviles, y con el fin de realizar un control de los vehículos que funcionan con motor diesel, la legislación colombiana se ha basado en normativas internacionales, de modo que se han adoptado resoluciones y decretos en los 8 el diesel Premium colombiano contiene 1000 ppm de azufre y solo es distribuido en la capital del país donde se concentra el 40% de vehículos con motores diesel

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cuales se fijan los niveles máximos permisibles para las fuentes móviles diesel (ACPM). Entre las normativas existentes para nuestro país, destacamos las siguientes: DECRETO 948 DEL 5 DE JUNIO DE 1995: En el capítulo IV (emisiones contaminantes de fuentes móviles), el artículo 38 contempla las emisiones de los vehículos diesel, en la cual se prohíben las emisiones visibles de contaminantes en vehículos activados por Diesel (ACPM), que presenten una opacidad superior a la establecida en las normas de emisión. La opacidad se verificará mediante mediciones técnicas que permitan su comparación con los estándares vigentes. Queda prohibido el uso de tubos de escape de vehículos diesel de dos ejes o más que transiten por la vía pública, que emitan humos sobre los costados laterales del automotor. Los tubos de escape de tales vehículos deberán estar dirigidos hacia arriba, ser localizados en la parte posterior o delantera del automotor, y efectuar sus descargas a una altura no inferior a tres (3) metros del suelo. RESOLUCIÓN 5 DEL 9 DE ENERO DE 1996: en el título IV (normas de emisión permisibles para fuentes móviles a diesel), capítulo I (opacidad en condiciones de prueba estática), artículo 23 se especifican las normas de emisión por opacidad; en la cual se prohíbe descargar al aire humos cuya opacidad exceda los valores establecidos en dicha resolución. A continuación en la tabla 5, se presentan los límites permisibles de opacidad relativos a fuentes móviles que funcionan con motor diesel. Tabla 5. Normas permisibles de opacidad de humos para fuentes móviles a Diesel.

AÑO MODELO

VEHICULO LIVIANO

OPACIDAD

VEHICULO MEDIANO

OPACIDAD

VEHICULO PESADO

OPACIDAD 2001 y posteriores 40% 40% 40%

1996 – 2000 50% 50% 50% 1991 – 1995 55% 55% 55% 1986 – 1990 60% 60% 60% 1981 – 1985 65% 65% 65%

1980 y anteriores 70% 70% 70% Por otro lado dentro de la misma resolución, en el capítulo IV (por peso vehicular o en condiciones de prueba dinámica) resuelve que toda fuente móvil con motor a Diesel a partir del año modelo 1997 que se importe para transitar en el país, no podrá emitir al aire Monóxido de Carbono (CO), hidrocarburos (HC) y Óxidos de Nitrógeno (NOx) en concentraciones superiores a las indicadas en la Tabla 6. Tabla 6. Normas de emisión permisibles para fuentes móviles a Diesel importadas

a partir del año 1997. AÑO

MODELO TIPO VEHICULO EMISIÓN PERMISIBLE

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CO HC NOx VEHICULO LIVIANO 2,10 0,25 0,62

1997 VEHICULO MEDIANO 11,2 1,05 1,43 VEHICULO PESADO* 25,0 10,0**

* Emisión en gramos/caballo de fuerza-hora. / ** Emisión correspondiente a NOx + HC. En cuanto al biodiesel para nuestro país, se conoce que la ley 939 del 2004, en general hace referencia al estimulo de la producción y comercialización de biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en motores diesel; dicha ley entrará en vigencia a partir del 1° Enero del 2008. LEY 939 /04: en los artículos 6° y 7°, define los tipos de biocombustible que pueden usarse en los motores diesel, y la utilización del biodiesel en mezcla con el diesel, respectivamente. RESOLUCIÓN 1289 DE SEPTIEMBRE 7 DE 2005: regula los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diesel como componente de la mezcla con el combustible diesel de origen fósil en procesos de combustión. RESOLUCIÓN 181780 DE DICIEMBRE 29 DE 2005: por su parte define la estructura de precios del ACPM mezclado con biocombustible para uso en motores diesel.