Resumen

El aceite vegetal es un triglicérido obtenido de distintas variedades de plantas y son líquidos a temperatura ambiente, estos aceites son comunes en el proceso de preparación de alimentos, pero si no se desechan de forma adecuada contaminan el agua y dañan la infraestructura de las ciudades, tapando el alcantarillado y provocando inundaciones. Una alternativa para su manejo consiste en la elaboración de productos como jabón mediante una reacción de saponificación con una sustancia alcalina, o el uso de un metóxido que rompe los enlaces de las moléculas de aceite liberando glicerina y ácidos grasos, cuando estos ácidos se combinan con metanol, es posible formar una molécula llamada metiléster que puede ser utilizada como biodiesel, que puede ser utilizado como fuente de combustible. En este experimento elaboramos esta molécula a partir de aceite vegetal de soya, y metóxido elaborado utilizando metanol e hidróxido de sodio. A la mezcla de sustancias se le aplicaron métodos de separación de mezclas simples, como la filtración y la decantación, para separar la glicerina del metiléster formado.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

El aceite vegetal utilizado en la preparación de alimentos representa una fuente de contaminación del agua y un problema para la infraestructura urbana. De acuerdo a información de la Secretaría de Medio Ambiente del Gobierno de la Ciudad de México (SEDEMA), un litro de aceite puede contaminar 40 mil litros de agua y una vez frío puede endurecerse obstruyendo tuberias y cañerias que dañan la infraestructura de la ciudad (SEDEMA, 2023). Es por esto que pide no desecharlo si no almacenarlo y llevarlo a centros de acopio. Sin embargo al carecer de información sobre cómo reciclarlo y aprovecharlo,  una parte importante de la población no realiza el proceso adecuado de descarte.

Siendo esta una problemática que afecta directamente a los habitantes de las zonas urbanas, nosotros exploramos la posibilidad y el método de cómo reciclarlo.

Antecedentes

De acuerdo a la norma oficial mexicana NMX-F-223–SCFI-2011, el aceite vegetal comestible es el aceite extraído de cualquier planta oleaginosa, o variedades, aprobada para la alimentación humana, y se constituyen de ácidos grasos poliinsaturados, monoinsaturados y saturados en distintas proporciones dependiendo del tipo de oleaginosa del que se extrae (PROFECO, 2016).

Un ácido graso es una molécula orgánica compuesta por una larga cadena de hidrocarburos con un grupo carboxilo en uno de sus extremos. Es un componente fundamental de las membranas celulares y tienen una función de almacenamiento de energía. La forma más común en los aceites vegetales es la de triglicéridos, que son tres ácidos grasos unidos por enlaces tipo éster en la región del carbonilo, formando glicerol. La región conformada por las cadenas de hidrocarburos tiene una estructura muy similar a la presentada por combustibles como el diésel, por lo que es posible formar una molécula con propiedades similares al diésel a partir de los triglicéridos llamada biodiésel.

De acuerdo al gobierno de México, el biodiesel es un combustible renovable que se puede obtener vegetales, animales así como aceites reciclados con la ventaja de que puede disminuir los gases de efecto invernadero al utilizarse ya que una tonelada de biodiesel evita la producción de 2.5 toneladas de dióxido de carbono y reduce las emisiones de azufre, disminuyendo la probabilidad de lluvias ácidas. (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía, 2016) y puede ser utilizado como combustible en motores diésel, generadores de energía, calefactores, lubricantes y disolventes industriales (Repsol, 2024).

Para obtenerlo, es necesario llevar a cabo un proceso químico llamado transesterificación, que consiste en hacer reaccionar los triglicéridos con metanol para formar un éster metílico (metiléster) y glicerina. Este proceso requiere de tres reacciones consecutivas y necesita llevarse a cabo en presencia de hidróxido de sodio (NaOH) que tiene tres funciones, la primera es la de formar un compuesto con el metanol llamado metóxido que facilita la reacción, la segunda es la de funcionar como catalizador que acelera la reacción y la tercer es la de aumentar el pH que facilita la reacción.  Para asegurar que la reacción se lleve a cabo es necesario que la temperatura de entre 55 a 65°C para que disminuya la viscosidad del aceite (Universidad de Palermo, sin fecha).

Objetivo

General

• Elaborar biodiesel a partir de aceite vegetal comestible reciclado

Particular

• Separar el biodiesel y el glicerol mediante una decantación.

Justificación

Ya que el biodiesel tiene distintas aplicaciones y representa una alternativa sustentable y con menor impacto ambiental que aquellas sustancias derivadas del petróleo, creemos que la elaboración de este producto podría ser una alternativa viable para reducir el impacto de los combustibles fósiles en el ambiente.

Hipótesis

Es posible elaborar biodiesel a partir de aceite vegetal comestible reciclado realizando una reacción de transesterificación con metanol e hidróxido de sodio.

Método (materiales y procedimiento)

Los pasos que se siguieron para la elaboración del biodiesel fueron los siguientes.

1. Filtración del aceite. Se utilizó aceite vegetal comestible de soya recolectado de la cafetería escolar. Se midió 1 L de aceite con una probeta y se filtraron los residuos sólidos utilizando un colador y una gasa de tela.
2. Preparación del metóxido. Para la preparación del metóxido, se pesaron 6 g de hidróxido de sodio y se mezclaron con 200 mL de metanol en una botella de vidrio agitando constantemente hasta que el hidróxido se disolviera completamente en el líquido. Esta reacción es ligeramente exotérmica, así que se realizó con especial cuidado vertiendo el metanol gradualmente utilizando un embudo de vidrio hasta que se combinó la cantidad deseada.
3. Reacción de transesterificación. Una vez formado el metóxido, el aceite filtrado se colocó en un matraz Erlenmeyer de 1L y se calentó mediante baño maría hasta que llegara a los 65°C , cuando llego a la temperatura deseada se introdujo a la botella de vidrio  con cuidado utilizando un embudo de vidrio. Una vez que se introdujo por completo se tapó la botella y se agito para que la reacción se llevará a cabo de forma homogénea, destapando la botella para permitir la liberación de gases durante un periodo de 15 minutos. Transcurrido el tiempo se dejó reposar durante 1 día.
4. Decantación del glicerol. Al día siguiente se observó en la botella un líquido con dos fases, la fase más densa consiste en el glicerol y la fase ligera consiste en el biodiesel. Se decanto con cuidado el biodiesel en vasos de precipitado de 500 mL y para asegurar que se decantara de forma completa la última porción se separó utilizando una pera de decantación. 
5. Purificación del producto. Para eliminar el resto de las impurezas presentes en el biodiesel se realizó un lavado con 300 mL de agua destilada, en una botella de plástico se colocó el biodiesel y el agua y se agitó con cuidado durante 5 minutos. Se dejo reposar la mezcla y una vez que se separan los líquidos se realizó una decantación, la fase más densa corresponde al agua y la más liviana al biodiesel. para eliminar posibles restos de agua presentes en la muestra, se colocó una cucharada (aproximadamente 10 g) de cloruro de calcio como agente desecante y se filtró la mezcla utilizando un colador y papel filtro. Se almaceno el biodiesel en botellas de plástico de 1 L.

Galería Método

Resultados

Después del proceso de purificación se obtuvo un líquido viscoso e inflamable. La flamabilidad se probó mediante un mechero de alcohol al que se le agregó la sustancia y se encendió.

Galería Resultados

Discusión

Fue posible realizar la elaboración del biodiesel mediante una reacción de transesterificación de una manera rápida. Sin embargo los reactivos utilizados deben de manipularse con cuidado ya que su manipulación incorrecta puede representar un riesgo. Adicionalmente, aunque el hidróxido de sodio y el metanol pueden ser conseguidos de manera comercial, se debe asegurar que estos compuestos químicos sean de alta pureza para que el proceso sea eficiente y no genere subproductos difíciles de limpiar . Además el proceso de elaboración de biodiesel a esta escala representa un mayor coste, ya que el precio de diésel comercial es de aproximadamente $26 pesos el litro.

Fue posible observar que la reacción de transesterificación se llevó a cabo de forma adecuada ya que se observó la separación de la mezcla en dos fases. Adicionalmente se probó la eficacia de la temperatura del aceite en la reacción, ya que se realizaron dos pruebas, una con aceite a temperatura ambiente y otra con aceite calentado y mostró una diferencia mínima en la viscosidad. Es necesario llevar a cabo pruebas más específicas para determinar diferencias cualitativas en las dos mezclas obtenidas.

Dado que el biodiesel es una sustancia combustible, por motivos de seguridad se omitieron pruebas de flamabilidad. Se realizó una pequeña prueba de combustión, mostrando ser efectivo. Dicha prueba la realizó el asesor siguiendo normas de seguridad (lugar ventilado con acceso a equipo antiincendios) mostrando que la sustancia es inflamable, sin embargo no pudimos probar su capacidad como combustible ya que no se disponía de un motor diésel para su prueba.

Conclusiones

Fue posible la elaboración de biodiesel utilizando aceite vegetal comestible reciclado realizando una reacción de transesterificación utilizando metanol e hidróxido de sodio, además este compuesto pudo ser extraído mediante un proceso de decantación.

No fue posible probar este producto como combustible, sin embargo resultó ser inflamable. Sin embargo debe de recalcarse que para su elaboración se utilizan químicos que deben de ser manipulados bajo estrictas condiciones de seguridad para reducir el riesgo de accidentes. Por ello, aunque el proceso es sencillo, y es posible conseguir los materiales para elaborarlo de forma casera, no se recomienda hacerlo a menos de que se cuenten con estas medidas precautorias y se realice con cuidado. 

La elaboración de biodiesel resulta una alternativa sustentable que reduce el impacto del uso de combustibles fósiles en el ambiente, ya que utiliza residuos comúnmente descartados por la población para generar un producto con un alto valor potencial, haciendo de este proceso una alternativa para el reciclaje del aceite vegetal comestible utilizado.

Bibliografía

Secretaria de Medio Ambiente del Gobierno de la Ciudad de México. 2023. Pide Sedema separar aceite usado y llevarlo a centros de acopio. Consultado el 12 de septiembre de 2024  en https://www.sedema.cdmx.gob.mx/comunicacion/nota/pide-sedema-separar-aceite-usado-y-llevarlo-centros-de-acopio#:~:text=Un%20litro%20de%20aceite%20contamina,la%20infraestructura%20de%20la%20ciudad.

Procuraduría General del Consumidor. 2016. Estudio de calidad. Aceite vegetal comestible con sabor. Publicado en: Revista del Consumidor, Noviembre 2016. pp 42 – 49. Consultado en https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/161207/RC477_Aceite-bajas.pdf

Comisión Nacional para el Uso Eficiente de Energía. 2016. Biodiesel – Movilidad y transporte -. Consultado el 12 de septiembre del 2024 en https://www.gob.mx/conuee/acciones-y-programas/biodiesel-movilidad-y-transporte?state=published

Repsol. 2024. ¿Qué es el biodiesel’ Un combustible para la automoción de origen natural. Consultado el 12 de septiembre del 2024 en https://www.repsol.com/es/energia-futuro/movilidad-sostenible/biodiesel/index.cshtml

Universidad de Palermo. Sin fecha. Biodiesel. Biocarburante líquido de orígen biológico. Consultado el 12 de septiembre de 2024 en https://www.palermo.edu/economicas/pdf_economicas/Presentacion_biocom_Steinberg.pdf

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography