Biodiesel/es

Low-tech Lab

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Biodiesel/es

Dernière modification le 10/10/2019

Difficulté

Medium Moyen

Durée

2 day(s) jour(s)

Coût

40 EUR (€)

Description

Ce tutoriel décrit le procédé de fabrication à échelle moyenne (environ 50L) de biodiesel à partir d'huiles de friture usagées. Ce tutoriel a été écrit suite à la visite de l'équipage Nomade des Mers au Cambodge. L'entreprise sociale Naga Earth collecte et transforme les huiles de fritures usagées des hôtels et restaurants de la ville en biodiesel. Ils fabriquent également du savon grâce à la glycérine issue de cette même réaction. Celui-ci bénéficie aux écoles et associations de la région pour mener des programmes d'hygiène.

Sommaire

Biodiesel, Huile de friture usagée, Méthanol, Carburant, Transport, Diesel, Huile, NomadeDesMers es fr 1

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Introduction

El biodiesel es un carburante alternativo al diesel derivado del petróleo. Puede utilizarse como compuesto único en los motores o mezclarse con el diesel derivado del petróleo en diferentes concentraciones . Este carburante se obtiene a partir de aceites vegetales o de grasas animales transformados mediante el procedimiento químico denominado "transesterificación". Consiste en provocar una reacción del aceite con un alcohol (metanol o etanol) y de un catalizador ( hidróxido de sodio o de potasio) con el fin de obtener ésteres metílicos o etílicos ( el biodiesel) y un subproducto, la glicerina.

El biodiesel puede fabricarse en cualquier cantidad. El proceso aquí descrito sirve para una producción ocasional y en pequeñas cantidades. Es aconsejable comenzar con la fabricación en pequeñas cantidades y continuar progresivamente con escalas de producción más grandes debido a que el proceso exige una preparación.

"El biodiesel presenta numerosas ventajas que lo hacen un carburante alternativo interesante:"

• Es fácil de producir.
• Puede producirse a bajo coste.
• Puede utilizarse en cualquier motor diesel convencional. También permite una mejor lubricación del motor.
• Participa en el reciclaje de desechos orgánicos como los aceites de freír usados masivamente utilizados en el sector de la restauración.
• Se fabrica a partir de aceite vegetal y por lo tanto emite muy poco CO2 suplementario a la atmósfera. También reduce las emisiones de ciertos compuestos nocivos comparado con el diesel derivado del petróleo (monóxido de carbono, dióxido de azufre, etc.).

Si desea reducir su consumo de carburantes fósiles ahorrando al mismo tiempo los gastos correspondientes, tiene muchas soluciones:

• L'huile végétale carburant mezclado con diesel
• L'huile végétale carburant con una modificación del motor
• Le Biodiesel

Aunque este tutorial describe la tercera solución, es importante considerar previamente las dos otras opciones. Por lo tanto la primera etapa está dedicada a las consideraciones a tener en cuenta para elegir.

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Matériaux

1.1 Aceite

En el marco de un enfoque lo más ecológico posible, el aceite usado para la fabricación de biodiesel será "aceite de freír usado" recogido de cualquier tipo de establecimiento de restauración. Para recoger el mejor aceite, no dude en hablar con el propietario del restaurante así como con el cocinero para explicarles el proceso. Recoger el aceite sin permiso puede ser un delito. Además, es importante asegurar la calidad del aceite recogido. Los aceites usados contienen ácidos grasos libres. Estos últimos aparecen mientras que los aceites se almacenan durante un tiempo al aire libre y se vuelven rancios o cuando se calienta un aceite en presencia de agua. La fritura de alimentos (que contienen agua) provoca la aparición de ácidos grasos libres en el aceite. Durante la transesterificación, estos ácidos grasos libres reaccionarán con el catalizador (base sólida) y crean un jabón no deseado. Este último va a impedir la correcta separación de los productos de la reacción, el biodiesel y el glicerol, que crearán más bien una emulsión con la que es difícil trabajar.

Cuanto más utilizado esté el aceite de freír, mayor será su concentración en ácidos grasos libres y más se oscurecerá. Por lo tanto hay que evitar al máximo recoger aceites muy usados y oscuros. Cuanto mayor sea la calidad del aceite, más fácil será el proceso de transformación.

Los aceites que hay que "privilegiar" en el contexto de la fabricación de biodiesel son los aceites vegetales con un pH neutro o casi como "aceites de colza, maíz o girasol". Estos aceites tienen un punto de fusión bajo, lo que signfica que no se solidifican si las temperaturas bajan en invierno (las temperaturas de fusión de estos aceites son de -10ºC a -2ºC para el aceite de colza, -15ºC para el de girasol).

Es necesario evitar los "aceites de cacahuete, coco, de palma o las grasas animales", ya que se solidifican a temperaturas demasiado elevadas (>10ºC), aunque el biodiesel tenga un punto de fusión inferior al aceite que se utiliza en su fabricación. El aceite de oliva también debe descartarse ya que es demasiado ácido, y estos ácidos pueden interferir durante la reacción de la creación de biodiesel.

1.2 Metanol

El metanol, o alcohol de madera, se obtenía antiguamente por la pirólisis de la madera. Hoy en día se sintetiza a partir de gas natural y se utiliza principalmente como anticongelante de enfriamiento, como disolvente para la síntesis de otros productos químicos o como carburante para las carreras (dragster, modelismo). Podemos conseguirlos en tiendas especializadas en productos químicos, algunos grandes almacenes de bricolaje y algunos talleres.

1.3 Catalizador

Para el catalizador podemos utilizar el hidróxido de sodio (NaOH, sosa cáustica) o hidróxido de potasio (KOH, potasio cáustico). Ambos son corrosivos y altamente básicos. Estos productos químicos, suficientemente comunes, se encuentran en las tiendas de bricolaje, por Internet o en tiendas especializadas en productos químicos. El KOH y el NaOH son ambos higroscópicos, lo que significa que absorben rápidamente la humedad de la atmósfera. El agua los convierte en catalizadores menos eficaces: hay que conservarlos siempre en contenedores sellados y herméticos.

"NaOH vs KOH, propiedades diferentes."

· El hidróxido de sodio (NaOH) es menos caro y comúnmente utilizado para la fabricación de biodiesel a pequeña escala. En cambio, el hidróxido de sodio (NaOH) contamina el agua de lavado del biodiesel y no debe verterse en la naturaleza. Por lo tanto no se aconseja su uso si no se tiene un medio de procesamiento de residuos.

· El hidróxido de potasio (KOH) gana popularidad gracias a sus propiedades de catálisis superiores. El hidróxido de potasio (KOH) se disuelve más fácilmente en el metanol y es menos sensible al agua. Además, la glicerina obtenida en el transcurso de la reacción permanece líquida y puede añadirse con más seguridad en un compost o utilizarse en pequeñas cantidades como complemento para la alimentación animal.

Outils

"Transesterificación"

• Aceite vegetal usado

• 250 mL de metanol / litro de aceite
• Si utilizas aceite nuevo: 5,5g de NaOH o 7g de KOH / litro de aceite.
• Si utilizas aceite usado: calcula la masa de catalizador que debes añadir durante la etapa de titulación

• 1 contenedor grande limpio y seco con sumidero o grifo para llevar a cabo la reacción

• · 1 bomba sumergible para llevar a cabo la mezcla en el bidón
• · 1 placa o resistencia térmica
• · 1 sonda de temperatura
• · 1 balanza de precisión
• · 1 embudo
• · 1 frasco grande de cristal cerrado o un tanque de acero inoxidable para la mezcla del metanol y el catalizador
• · 1 vaso dosificador de cristal para medir el metanol
• · Guantes de caucho
• · Gafas de seguridad

"Filtración"

• · 1 bidón de aceite nuevo
• · 1 bidón de aceite vacío y limpio
• · 1 embudo
• · 1 paño de algodón / 1 calcetín
• · 1 bolsa de filtrado de 1 a 5 µm

"Titulación"

• · 10mL de alcohol isopropílico o isopranol.
• · 1mL de tu aceite usado
• · 2-3 gotas de fenolftaleína (indicador)
• · 1L d’eau distillée
• · 1g de catalizador, hidróxido de sodio NaOH o hidróxido de potasio KOH.

• · 1 balanza
• · 1 recipiente / frasco de cristal
• · 3 probetas graduadas
• · Dos jeringuillas o aceiteras graduadas de 1 mL. Una jeringuilla es para el aceite y la otra para la mezcla de sosa y agua.
• · Guantes de caucho
• · Gafas de seguridad
• · Mascarilla

"Destilación del glicerol"

• 1 temporizador
• Tubo de cobre de 5 m
• Tubo elástico de 50 cm resistente al calor (silicona, teflón)
• Cadena de fijación de fontanería

Étape 1 - Identificar sus necesidades

Existen al menos tres formas de hacer funcionar un motor diesel con aceite vegetal:

• mezclarlo con diesel derivado del petróleo, con un disolvente o con gasolina;
• utilizar el que habitualmente se llama aceite vegetal carburante (SVO en inglés) o aceite vegetal reciclado (WVO en inglés);
• convertirlo en biodiesel.

Los dos primeros métodos parecen más fáciles, pero como sucede a menudo, no es tan fácil.

"1. Las mezclas"

El aceite vegetal es mucho más viscoso (y más espeso) que el diesel derivado del petróleo o el biodiesel. El objetivo de mezclar el aceite vegetal carburante con otros carburantes o disolventes es disminuir la viscosidad para hacerlo más líquido, de manera que fluya más fácilmente a través del circuito de carburante, hasta la cámara de combustión. Sin embargo no es el único problema con el uso de aceite vegetal carburante. Este presenta propiedades químicas y características de combustión diferentes al diesel derivado del petróleo para el que los motores diesel y sus circuitos de carburante están diseñados. Los motores diesel, en particular los más modernos, son máquinas de alta tecnología con necesidades precisas de carburante (ver la controverse TDI-SVO).

La gente utiliza diversas mezclas, que va desde el 10 % de aceite vegetal carburante y el 90 % de diesel derivado del petróleo hasta el 90 % de aceite vegetal carburante y el 10 % de diesel derivado del petróleo. Algunas personas lo utilizan sin precalentarlo (lo que hace que el aceite vegetal sea mucho menos viscoso). Algunos utilizan el 100 % del aceite vegetal carburante sin precalentar. A menudo no son conscientes de los efectos que tiene sobre el motor a largo plazo

Podrías pasar el verano con algo como un viejo Mercedes-Benz diesel con 5 cilindros de más de 80 años, que es un motor muy resistente y tolerante. No se apreciará, pero probablemente no lo romperás. Si no, no es una buena idea.

No está garantizado, pero el uso de una mezcla de aceite vegetal del 20 % de buena calidad con el 80 % de diesel derivado del petróleo se dice que es suficientemente seguro para los viejos coches diesel, sobre todo en verano.

Si mezclas el aceite vegetal carburante con el diesel derivado del petróleo, utiliza siempre combustibles fósiles - serás entonces más limpio que la media, pero todavía no es suficiente para muchos. No obstante, por cada litro de aceite vegetal carburante que utilices, es un litro de carburante fósil que te ahorras, y mucho menos dioxyde de carbone emitido.

Sin embargo, para hacerlo correctamente y con seguridad durante todo el año, necesitarás el equivalente a un sistema de aceite vegetal carburante apropiado con al menos un precalentamiento del carburante (véase aquí abajo). Y en ese caso, no son necesarias las mezclas, puedes utilizar simplemente el 100 % del aceite vegetal carburante.

En conclusión, las mezclas de aceite vegetal carburante con diversos disolventes, como la trementina mineral (white spirit), o con diversos ingredientes "secretos" como la naftalina y el xileno, o con gasolina sin plomo, son experimentales en el mejor de los casos, y no conocemos ninguno de los efectos que estos aditivos sobre las características de combustión del carburante o sus efectos sobre el motor a largo plazo. Por lo tanto esta solución se desaconseja totalmente: utilice estas mezclas bajo su propio riesgo.

"2. Aceite vegetal carburante con una modificación del motor"

Los sistemas directos de alimentación en aceite vegetal pueden ser una opción limpia, eficaz y económica.

Contrairement au biodiesel, vous devez modifier le moteur pour utiliser l'HVC. La meilleure façon est de se procurer un système professionnel SVO à un seul réservoir avec des injecteurs et des bouchons de protection optimisés pour l'huile végétale, ainsi que le chauffage du carburant. Avec le système Elsbett, vous pouvez utiliser du pétro-diesel, du biodiesel ou du HVC, selon n'importe quelle combinaison. Démarrez et roulez, éteignez et arrêtez-vous, comme avec n'importe quelle voiture.

Il existe également des systèmes HVC à deux réservoirs qui préchauffent l'huile pour la rendre moins visqueuse. Vous devez démarrer le moteur avec le pétro-diesel ordinaire (ou le biodiesel) dans un réservoir, puis passer à l'HVC dans l'autre réservoir lorsque l'huile végétale est suffisamment chaude (donc assez liquide) et revenir au pétro-diesel avant d'arrêter le moteur, ou vous boucherez les injecteurs.

De nombreuses informations sur les systèmes d'HVC sont disponibles ici.

3. Biodiesel ou HVC ?

Le biodiesel présente des avantages évidents sur SVO:

• Il fonctionne dans n'importe quel diesel, sans aucune conversion ou modification du moteur ou du système d'alimentation - il suffit de le mettre dans le réservoir et démarrer.
• Il a également de meilleures propriétés en temps froid que l'HVC (mais pas aussi bonnes que le pétro-diesel - voir ici pour l'utilisation du biodiesel en hiver).
• Contrairement à l'HVC, il est soutenu par de nombreux tests sur le long terme dans de nombreux pays, avec des millions de kilomètres de route parcourus.

Le biodiesel est un carburant de remplacement propre, sûr, prêt à l'emploi, tandis que de nombreux systèmes HVC sont encore expérimentaux et doivent être développés.

D'un autre côté, le biodiesel peut être plus coûteux, en fonction de la quantité que vous produisez, de ce que vous obtenez et de la comparaison avec de l'huile ou du pétrole neuf. Et contrairement à l'HVC, il nécessite un traitement (l'objet de ce tutoriel). Mais la communauté, qui s'étend de plus en plus rapidement, de producteurs de biodiesel ne se préoccupe pas de cela - ils font une fournée chaque semaine ou chaque mois et ils s'y habituent rapidement. Beaucoup le font depuis des années.

Quoi qu'il en soit, vous devez également traiter l'HVC, en particulier l'HVR, que beaucoup de personnes utilisent avec des systèmes HVC parce qu'elles sont bon marché voire gratuites. Avec l'HVR, les particules alimentaires et les impuretés et l'eau doivent être enlevées, et elle devrait également être désacidifiée. Les producteurs de biodiesel pensent : «Si je dois faire tout ça, autant faire du biodiesel à la place». Mais les défenseurs de l'HVC soutiendront que c'est beaucoup moins de traitement que le biodiesel.

Les goûts et les couleurs... à vous de juger !

Ci-contre un tableau résumant les principales différences entre faire du biodiesel et modifier son moteur pour utiliser directement de l'HVC. SVO/WVO sont les correspondances anglophones de HVC/HVR.

$ Considérations financières : $

Un français consomme en moyenne : 1,3[€/L]*4/100[L/km]*19000[km/an] = 988 €/an Soit environ 1000 € par an de diesel.

Le biodiesel coûte entre 0,5 et 1 € par litre à produire à partir d'huile recyclée, soit entre 380 et 760 € par an. Un bon système de traitement adapté à ce volume peut être construit pour environ 100€. Celui-ci est donc remboursé en quelques mois.

Un système pour HVC coûte entre 900 et 1800 €. Si l'HVC est gratuite, celui-ci sera donc remboursé en 1 à 2 ans.

Étape 2 - Filtration

Avant de pouvoir être transformée, l’huile usagée doit tout d’abord être filtrée pour la nettoyer des éventuels résidus alimentaires (frites, beignets…). Il est conseillé de laisser l’huile décanter pendant quelques jours. Filtrer une première fois l’huile pour se débarrasser des particules les plus grosses (ex: drap en coton doublé, chaussette…). Puis verser l’huile dans une poche de filtration d'au maximum 5µm (le plus fin sera le mieux) au-dessus d’un bidon propre prévu à cet effet.

Étape 3 - Titrage de l’huile (seulement pour les huiles usagées)

- Peser précisément 1g de catalyseur et le dissoudre dans 1L d’eau distillée

Toujours ajouter le catalyseur dans l'eau. Ne pas verser l'eau sur le catalyseur.

- Dans un récipient gradué en verre, mesurer 10 mL d’isopropanol.

- Prélever 1 mL de votre huile à tester à l’aide d’une seringue graduée et ajouter à l’isopropanol.

- Ajouter 3 gouttes de phénolphtaléine au mélange.

- Bien remuer le mélange, si possible avec un agitateur magnétique.

- Remplir la burette graduée, préalablement rincée à l’eau distillée, de 10 mL du mélange eau distillée/catalyseur.

-  Ajouter la solution eau distillée-catalyseur au mélange, goutte par goutte, tout en remuant continuellement.

- Continuer l’ajout de solution titrante peu à peu jusqu’au point de virage. Le mélange devient de couleur rose foncé. Le changement de couleur doit persister pendant 20 secondes.

- Relever exactement le volume d’eau distillée/catalyseur (V_titrage) utilisée pour neutraliser l’acidité de l’huile.

- Refaire un deuxième essai et calculer la moyenne des essais pour plus de précision.

- Utiliser cette information pour connaître la quantité de catalyseur à ajouter dans la réaction suivant la formule : (Pour comprendre son obtention voir l'ANNEXE 2 de ce document)

Masse catalyseur requise (g) = (B+ V_titrage(mL)) x Volume huile (L)

Avec :

V_titrage : volume de solution titrante ajoutée pour neutraliser l'acidité de l'huile (mL)

B : la quantité de base (catalyseur) nécessaire pour la réaction avec de l’huile vierge.

B (KOH) = 7.0 g/L

B (NaOH) = 5.5 g/L

 

Par exemple : Pour 50L d’huile avec du KOH et un titrage à 3mL, on a : m(NaOH) = (7+3) x 50 = 500g

Étape 4 - Transestérification

- Faire chauffer l’huile à 60°C et la maintenir à cette température.

Attention à ne pas dépasser cette température ! Le méthanol a un point de fusion à 65°C et il y a risque de surpression due à la production de vapeur de méthanol dans le pot fermé.

- Verser le méthanol dans un récipient en verre.

Ne pas verser dans un récipient en plastique ou en aluminium, ils pourraient se dissoudre. Assurer vous d’effectuer toutes ces opérations dans un endroit bien aéré. On rappelle que les vapeurs de méthanol sont toxiques.

- Peser la quantité de soude définie au cours de l’étape précédente si vous utilisez de l’huile usagée et ajouter au méthanol.

Effectuer cette opération avec des manches longues, des lunettes et un masque de sécurité. Les vapeurs sont très corrosives.

- Remuer et laisser se dissoudre entièrement le catalyseur dans le méthanol. Cela prend environ 2min. Encore une fois, attention : le mélange se dégrade rapidement. Procéder à l’étape suivante dès que le mélange catalyseur/méthanol est homogène.

- Ajouter le mélange catalyseur/méthanol à l’huile chaude (60°C). Laisser les éléments se mélanger pendant plusieurs heures. Lors de la réaction, deux produits sont formés : le biodiesel et le glycérol. Le biodiesel étant moins dense, il forme la couche supérieure.

- Attendre 24 heures ou plus avant de procéder à l’étape suivante.

Étape 5 - Séparation du glycérol

Drainer le glycérol par le bas de la cuve dans un nouveau contenant. Faite attention à ce qui ne reste plus de glycérine dans le biodiesel. Conserver le glycérol obtenu.

Étape 6 - Lavage et séchage du biodiesel

- Ajouter très lentement 20 % du volume de biodiesel en solution de lavage pour éviter la formation de savon et attendre 10 min. Drainer l’eau de lavage.

Il peut être intéressant d'utiliser un brumisateur pour pulvériser de fines gouttelettes.

- Procéder à un second lavage. Cette fois, retourner le contenant lentement 4 à 5 fois et attendre 10 minutes. Une agitation excessive favorise la formation d’émulsion et provoquera un délai d’attente supplémentaire. Drainer l’eau de lavage.

- Procéder à un troisième lavage. Cette fois, agiter énergiquement le contenant pendant quelques minutes. Laissez reposer puis drainer l’eau de lavage.

- Transférer le biodiesel vierge et lavé dans un nouveau contenant.

- Chauffer à 50 °C pendant quelques heures jusqu’à ce que le biodiesel devienne clair.

Étape 7 - Traitement du glycérol

ATTENTION : Cette étape, bien qu’indispensable, doit être effectuée avec beaucoup de précautions. Le méthanol est un gaz extrêmement inflammable et explosif. Effectuer cette opération dans un lieu bien ventilé. Eviter au maximum le chauffage par flamme ouverte. Soyez vigilant à la conception de votre alambic, l’augmentation simultanée de pression et de température peut rendre le mélange explosif. 

La récupération du méthanol contenu peut s’effectuer par distillation du glycérol, c’est-à-dire en chauffant le glycérol à une température supérieure à 65°C, le point d’ébullition du méthanol. Les vapeurs de méthanol doivent ensuite passer au travers d’un condenseur, refroidir et être récoltées sous forme de liquide en sortie.

Tuto vidéo de construction d'un alambic maison: https://www.youtube.com/watch?v=5H1UVv8FaO8

• Former un serpentin avec le tuyau de cuivre (Par exemple autour d'un bidon d'eau). Laisser les deux extrémités rectilignes sur environ 30 cm.
• Fixer le tuyau flexible sur la sortie de la cocotte minute à l'aide d'un collier de serrage.
• Réaliser la jonction entre le tube de cuivre et le tuyau flexible à l'aide de colliers de serrage. 

Pour vérifier l'étanchéité des jonctions, on peut par exemple, plonger l'ensemble dans un bac rempli d'eau et souffler à une extrémité. Assurez-vous que des bulles ne s'échappent pas des jonctions.

• Verser la glycérine dans la cocotte minute et chauffer l'ensemble à au moins 100 degrès. Le glycérol ayant une température d’ébullition de 290°C, pas besoin de contrôler précisément la température.
• Refroidir le serpentin de cuivre en le plongeant dans un bac d'eau ou avec un linge humide pour accélérer la condensation du méthanol.
• Récolter le méthanol recondensé dans un bocal en verre.

Notes et références

https://attra.ncat.org/attra-pub-summaries/?pub=318

http://journeytoforever.org/biodiesel_make.html#start

http://carburerauxalgues.com/site/download/download_file_st/ActiviteI_ELEVES/pdf

http://www.make-biodiesel.org/

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