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Obtención de FAME por vía enzimática utilizando aceite de fritura y etanol Juan Montesano Adela Hutin Ana Lía Fontal Marcelo Tuchetti Método tradicional NaOH (metanol) Los cultivos destinados a biocombustibles, ocupan tierras valiosas que podrían usarse para cultivar alimentos, especialmente en países en empobrecidos. Hay estimaciones realistas que muestran que generar energía a partir de cultivos requiere más energía fósil que la energía que producen, y que no reducen sustancialmente las emisiones de gases con efecto invernadero, cuando se incluyen todos los factores en los cálculos. ISIS. 2006 . www.EcoPortal.net Aceite de fritura •El aceite de cocina usado no se considera un residuo peligroso pero su mala disposición ocasiona problemas ambientales en redes de alcantarillado, de aguas y suelos, debido a la materia orgánica que contiene. La necesidad de refinado de algunos aceites vegetales no los hace económicamente factibles para la aceite producción de biodiesel, debido al alto Caracterización de nuestro de fritura Análisis Nº: M42021 costo de la MP de y de del aceite refinado representa el Índice iodoproducción. El costo 115,14 75% a 85%Índice del precio total del biodiesel 0,96 de acídez Índice de saponificación 188,40 tanto del aceite crudo como Sin embargo estos aceites tienen propiedades del refinado. El calor y el agua aceleran la hidrólisis de los triglicéridos y Alteración Variable Compuestos aumenta el contenido de ácidos grasos libres. Por lo formados cual , para el método tradicional requiere de variosAire procesos para acondicionar el aceite. Oxidativa Monómeros, Dímeros, Polímeros oxidados, Compuestos volátiles Los aceites usados Dímeros. son principalmente obtenidos Térmicaresiduales de cocina Temperatura Polímeros. Isómeros tras de los restaurantes. Pueden no tener ningún costo o un 60% menos que los Hidrofílica Humedad Ácidos grasos libres, diglicéridos aceites refinados dependiendo de la fuente y la disponibilidad Es una materia prima barata Evita costos de eliminación y el tratamiento del producto de este desecho Reduce la necesidad de producir biomasa Tabla comparativa Catalizador Condiciones Alcalino Ácido Enzimático Temperatura de reacción ºC 60-70 55-80 30-40 Ácidos grasos libres en la materia prima Saponificación Esteres Esteres Agua en la materia prima Interfiere con la reacción No afecta No afecta Normal Alta Alta Dificil Dificil Facil Recuperación ésteres Varios lavados Varios lavados No es necesario Precio del catalizador Bajo Bajo Alto 1h 20 h 8h Conversión a ésteres Recuperación de glicerol Tiempo de reacción 09/08/2017 5 Enzimas: cinética Ping Pong Bi Bi Ventajas del empleo de enzimas inmovilizadas 1. El aumento de la estabilidad de la enzima; 2. La posible reutilización del derivado, por lo que disminuyen los costos del proceso. 3. La posibilidad de diseñar un reactor enzimático de fácil manejo y control, adaptado a la aplicación de la enzima inmovilizada. Estos reactores con enzimas inmovilizadas permiten el empleo de cargas elevadas de enzima, la cual mantendrá su actividad durante más tiempo. 4.Estos sistemas pueden incluir el reciclado, lo que permite la obtención de productos con mayor pureza Figura : A. SDS-PAGE 10 % con β-mercaptoetanol. Las flechas indican las proteínas mayoritarias presentes. B. El perfil de intensidad muestra que la banda correspondiente a la proteína entre 25 y 35 KDa se encuentra al menos al doble de concentración que la segunda proteína más abundante. Dr. Oscar Pérez y Dr. Jimena Martínez (UNLa) Búsqueda de enzimas 0,1$/kg de biodiesel Efecto de N° de ciclos de reacción L sobre el costo estimado de la L según diferentes precios de la enzima. Carga de L:2%sobre base de MP de aceite bruto, conversión 95% Resultados: Muestra 1 CIC41676 Área total esteres etílicos en muestra tal cual: 608016121 Área total de esteres etílicos en muestra derivatizada: 764416220 Ésteres etílicos efic. Esterif.: 79.54% Muestra 2 CIC41677 Área total esteres etílicos en muestra tal cual: 751215094 Área total de esteres etílicos en muestra derivatizada: 888342195 Ésteres etílicos efic. Esterif.: 84.56% NOTA: En ambas muestras los picos observados al final de la corrida son mono, di y tri oleínas que se esterificaron durante el ensayo realizado para evaluar la eficiencia de la conversión. Límite de cuantificación (LC): 0.03% Límite de detección (LD): 0.01% Protocolo de análisis: eficiencia de transesterificación con 2 ciclos Resultados: Mono , di y Triglicéridos No se hallaron monoglicéridos , diglicéridos ni triglicéridos Ácidos Grasos Äcido graso hallado Tridecanoato de metilo Tetradecanoato de metilo Palmitato de metilo Linoleato de metilo e isómeros Acidos libres no identificados Area % 10.87% 2.57% 21.54% 63.41% 1.61% De los valores de área surge : Del 100% de los ácidos grasos presentes todos se ven en la corrida , , un alto porcentaje están esterificados Los ácidos grasos libres no se pudieron identificar por su muy baja concentración Eficiencia de la derivatización= 98.4%. Límite de cuantificación (LC): 0.03% Límite de detección (LD): 0.01% Protocolo de análisis con el rendimiento de transesterificación después de 22 ciclos El proceso de laboratorio Buffer 3,5 mL NaHCO3 0,1 M 4 hs Aceite 70g Filtrado Enzima 10g 30°C 120-170 rpm C2H5OH al 96% 3,4 mL C2H5OH 3,4 mL al 96% 30 min. C2H5OH 3,4 mL al 96% 60 min C2H5OH 3,4 mL al 96% 90 min El objeto del trabajo es obtener una expresión matemática que permita un cambio de escala desde un modelo de reactor llamado 1 a otro modelo, llamado 2, aplicando la similitud geométrica entre los volúmenes y las áreas con factores de escala ≤ 10 ; presentando de forma ordenada los fundamentos del escalado, definiendo adecuadamente los términos y realizando un programa en un software para reducir, la complejidad del cálculo Cambio de escala – Similitud geométrica 2 3 4 5.5 Ra := 6 6.5 7 7.5 2.828 5.196 8 12.899 Rv = 14.697 16.572 18.52 20.54 2 3 a d .R1 f g .R 2 Ra = Rv.Rv := Ra a b . R 2 f g .R1 1.5 25 20 15 Rv 10 5 0 2 4 6 8 Ra D1 := 0.13 m L1 := 0.13 m 2 S1 := π D1 L1 = 0.053 m R1 := Reactor en laboratorio Rv := Rv V2 := Rv V1 S2 := Ra 4, 0 D1 = 1 V1 := ( π D12) L1 = 1.726 L 4 Rv = 14.697 4, 0 Alternativa 2 R1=R2 L1 S1 3 V2 = 25.36 L D2 := V2 4 π = 0.318 m 2 S2 = 0.319 m D2 := S2 π = 0.318 m •Volumen efectivo 30 litros • 3 agitadores 100-250 rpm •60% del diámetro del tanque (19 • cm) •Carga de enzima 5 kg 32 cm Tamiz de malla 80 32 cm Parámetros del reactor enzimático con cambio de escala Reactor 2 Reactor 1 L-4 Tanque -2 de separación L-8 Tanque -1 de separación L-3 L-1 L-6 P-01 biodiesel Mezclador Agua 40°C Bio Bio P-05 Gli P-03 P-02 Gli L-2 Etanol + Buffer L-7 P-06 Aceite +Etanol + Buffer Calentador L-5 Agua 30°C L-9 Tanque de Gli Conclusiones La etanólisis enzimática de aceites, permite que el sistema se simplifique, en especial cuando se utilizan lipasas soportadas. Estas tienen la ventaja de que como sustrato para la producción de biodiesel pueden usar aceites de fritura, pues no interfiere el agua ni los ácidos libres. Además, en el proceso enzimático, el glicerol se obtiene libre de impurezas lo que facilita su comercialización. Se lleva a cabo a < temperatura(30°C-50°C menor consumo de energía) que en la catálisis química (65-90 °C), se emplea etanol en lugar de metanol y no se requiere catalizadores químicos que afecten el ambiente. Conclusiones En los países a medida que se desarrollan aumenta la calidad de vida y de su producto interior bruto (PIB) conlleva un aumento del consumo energético. Tradicionalmente se vienen utilizando combustibles fósiles, pero el agotamiento de reservas de petróleo está próximo. Uno de los más importantes retos es la obtención de nuevas fuentes de energía. Se pretende desarrollar un modelo energético basado en la diversificación de distintos tipos de energía más eficientes, menos dependientes del PIB, menos contaminantes, de fuentes biodegradables, respetuosos con la capa de ozono, la atmósfera y el medio ambiente en general. Agradecimiento -Francisco Sassi -Natalia Bottero -Federico Campos -Florencia Di Iorio -Cristina Briola -Santos Alvarez Noblia -Clint Campbell Mackinlay