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Producción de biodiesel a partir de jatropha

Características de la jatropha

  • La jatropha es una planta mexicana, también conocida como piñón o piñoncillo. Se le localiza en climas tropicales y semi-tropicales, es un arbusto-árbol que llega a medir de 1 a 8 metros y se desarrolla en altitudes que van de 5 a 1,500 metros sobre el nivel del mar.
  • Crece en suelos pobres y arenosos, es resistente a la sequía y la semilla posee un importante contenido de proteína y de grasa, es preciso aclarar que para obtener rendimientos adecuados que permitan hacer un proyecto rentable, en buenas tierras y sin limitaciones de agua pueden obtenerse 5 ton. de semilla por hectárea, y en tierras marginales solo se alcanza 1.5 ton.
  • Es una planta perenne que vive entre 40 y 50 años. Puede comenzar a producir desde el primer año, pero su máximo de producción lo alcanza hasta los 5 años de vida.
  • Se cultiva en India, África y Centroamérica para obtener biodiesel. En la Península de Yucatán se le conoce por el nombre de “Sikil-Te” y se su presencia se distribuye en Chiapas, Oaxaca, Quintana Roo, Guerrero, Hidalgo, Puebla, Veracruz, Tamaulipas, Sinaloa y Sonora.
  • Existen dos variedades de jatropha: una que tiene toxinas y otra que está libre de ellas. Se recomienda trabajar con ésta última, porque su procesamiento es más sencillo e implica menos costos.

Composición de la semilla de jatropha

Contenido % en peso

Agua

6.6

Grasa

38.0

Carbohidratos totales

32.5

Proteína

18.2

Cenizas

4.0

Requerimientos agroclimáticos

Requerimientos agroclimáticos de la jatropha (Jatropha curcas L.)
Variable Alto Medio Bajo

Altitud

0-1000 m

1000-1500 m

>1500 m

Precipitación

600-1200 mm

1200-1800 mm

>1800 y < 300 mm

Temperatura

18º-28º C

28º-34º C

<18º C

Pendiente

0-20 %

-

-

Uso de suelo

Área agrícola

-

-

Proceso de producción

Extracción del aceite

La primera etapa en el proceso de producción de biodiesel es la extracción del aceite. Dependiendo de la escala de producción, la etapa de extracción se hace de la siguiente manera:

  • Pequeña escala: por prensado en frío directamente en el campo o en cooperativas.
  • Gran escala: usando solventes, dentro de plantas industriales.

A pequeña escala, las frutas se limpian manualmente para retirarles materiales grandes como palos, tallos, hojas, basura, etc.. Después se le quita la cáscara. Cuando se usan semillas, pueden ser calentadas antes de prensarlas. Las prensas pueden ser manuales o de motor.

El aceite fresco que se obtiene del prensado puede estar contaminado con pequeñas partículas de pulpa, y hay que quitarlas ya sea esperando a que se asienten o filtrándolas.

El material que queda después del prensado, que todavía tiene entre 20% y 33% de aceite, puede ser utilizado como alimento para animales o como base para la producción de biogás.

La producción a pequeña escala es de interés para las granjas y cooperativas porque ofrece un medio sencillo de obtener aceite, gas y alimento para ganado.

A gran escala se extrae el aceite con solventes. Este proceso es más eficiente pero más costoso.

Primero los frutos de jatropha se secan hasta tener un contenido de humedad de 5% a 7%. El ajuste de humedad es importante ya que si es más alta o baja de la que es óptima se dificulta la penetración del solvente con resultados bajos en la obtención de aceite.

Después las semillas se compactan y se calientan hasta 80º C agregándoles el solvente. El calentamiento es importante porque desactiva microorganismos presentes en el aceite y evita el coagulamiento de proteínas.

Normalmente se usa hexano como solvente por su disponibilidad y bajo precio. La solución con aceite y solvente se somete a un proceso de destilación para su separación. El solvente puede ser reutilizado en el proceso. La extracción con solvente produce un aceite con una pureza mayor, pero la extracción mecánica tiene un mayor rendimiento, como se muestra en la siguiente tabla.

Materia prima

Jatropha

Eficiencia de extracción de aceite

Extracción mecánica

70%

Extracción por solventes

96%

Rendimiento del aceite

Extracción mecánica:

4.1 kilos por litro
553 litros por hectárea

Extracción por solventes:

2.7 kilos por litro
730 litros por hectárea

Transesterificación y procesamiento de metilésteres

Para la jatropha la tecnología más ampliamente usada en la producción de biodiesel es la transesterificación básica de triglicéridos descrita en el apartado anterior. Además, se recomienda una etapa de esterificación ya que el contenido de ácidos grasos libres es generalmente alto.

A continuación se presenta una descripción detallada de la transesterificación y los pasos que le siguen. En esta parte del proceso se remueven sustancias indeseables como fosfatos, ceras, ácidos grasos libres, tocoferoles, colorantes, humedad, aldehídos, acetonas, etc. con el fin de producir un biodiesel con las propiedades físicas y químicas adecuadas. Durante esta etapa se pierde entre un 4% y 8% del aceite.

  • El primer paso es la remoción de fosfátidos o desgomado por la adición de ácido fosfórico o cítrico. Esto es necesario ya que los fosfátidos provocan turbidez y promueven la acumulación de agua.
  • El segundo paso es la neutralización de los ácidos grasos libres con un catalizador básico (normalmente hidróxido de sodio). Esto produce jabón, que es insoluble con el aceite y es fácilmente separado por lavados con agua. En este paso también se remueven fenoles, compuestos grasos oxidados y metales pesados.
  • El tercer paso es la remoción de colorantes que se hace por medio de materiales adsorbentes tales como: tierras diatomeas, sílica gel y carbón activado. Este paso mejora la capacidad de almacenamiento del biodiesel.
  • En el cuarto paso se retiran sustancias tales como aldehídos y cetonas que provocan olores no deseados por medio de destilación con vapor.
  • En el último paso, la deshidratación, se reduce el contenido de agua remanente en el biodiesel, a través de la destilación a baja presión o por absorción con nitrógeno.

Rendimientos

El rendimiento por hectárea, después de los 5 años es de puede alcanzar hasta 5 toneladas de semilla seca por hectárea con semillas que contienen entre 35 y 40% de aceite. De estas 5 toneladas 1.8 a 2 toneladas son de aceite y 3.25 toneladas de un subproducto que puede ser vendido como alimento para ganado: una torta que contiene 57% de proteínas. En el documento de SENER-BID-GTZ el valor de la tonelada de torta es de $508 pesos (este precio es para 2004, año de referencia del estudio).

Costos agrícolas

Según el estudio del INE, tomando como base los datos de la primera planta de procesamiento de biodiesel establecida en Michoacán, se obtuvieron los siguientes costos.

Componente del costo

Michoacán

Costo agrícola (terreno y siembra)

$ 1,800

Planta (1,100 a 1,500 plantas/ha).

$ 3,500

Cosecha y transporte

$ 1,800

Otros (fertilizantes, riegos, deshierbe)

$ 4,000

Costo total

$ 11,100 (1,019 dólares por hectárea)

El costo final es bastante elevado debido a que incluye la inversión inicial en la compra de plantas o semillas y en la preparación del terreno. En los años posteriores sólo hay que tomar en cuenta gastos de fertilización, riego y limpieza del terreno y cosecha y transporte.

Según el documento de SENER-BID-GTZ, tomando en cuenta la experiencia de otros países, se estima que el costo por hectárea en edad de plena producción puede llegar a 1,150 pesos.

En el ese mismo documento se calcula que el costo primo (es decir, el costo sumado de la mano de obra y los insumos agrícolas directos) del litro de biodiesel es de 2.64 pesos, ya descontados los beneficios de la venta de subproductos que se describen a continuación.

  • Las cáscaras de la semilla tienen un alto contenido calórico (16 MJ por kilogramo), por lo que se pueden usar o vender como combustibles en la comunidades rurales del programa de estufas eficientes. Las estufas eficientes funcionan con pellets de madera que tienen 18 MJ por kilogramo, es decir, sólo dos más que las cáscaras de jatropha.
  • La semilla es rica en nitrógeno, fósforo y potasio, por lo que puede emplearse como fertilizante natural de los propios campos de jatropha o venderse para fertilizar otros cultivos.
  • La pasta de las semillas (torta residual) tiene entre 58% y 60% de proteína cruda y aminoácidos esenciales que puede ser vendida como alimento para ganado a un 80% del precio de la pasta de soya.

Porcentajes de subproductos del proceso de producción de aceite de jatropha:

  • Semillas: 65%:
    • Aceite: 38%.
    • Torta residual: 62%.
  • Cáscaras: 35%.

El siguiente es un esquema de los subproductos y los beneficios de la jatropha.

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Presentación

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Potenciales productivos de jatropha por estado y municipio

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Última actualización el Jueves, 22 de Noviembre de 2012 17:32
 

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