RESUMEN ANÁLISIS DE INTELIGENCIA TECNOLÓGICA SOBRE REACTORES – BIODIÉSEL

RESUMEN ANÁLISIS DE INTELIGENCIA TECNOLÓGICA SOBRE REACTORES – BIODIÉSEL

ELABORADO POR: M.A. Alejandra Navarro Hurtado y Dra. Norma Angélica Paniagua Buelnas

INSTITUCIÓN: Dirección Adjunta de Vinculación y Transferencia de Tecnología, CIATEJ

FECHA: Actualización Enero 2019

El biodiésel, que se encuentra dentro de las energías renovables, es un combustible alternativo, biodegradable, inocuo, que se obtiene a partir de materias primas tales como aceites vegetales, grasas animales, aceites provenientes de microorganismos como microalgas y levaduras oleaginosas, aceites comestibles de desecho, y biomasa. Se conocen diferentes tecnologías para el procesamiento de la materia prima que dará lugar a la generación de biodiesel, como la   microemulsión, la pirolisis, la dilución y la transesterificación; siendo ésta última la que más se emplea a nivel industrial por ser de alto rendimiento y costo relativamente bajo(1).

En la transesterificación, los triglicéridos presentes en los aceites y grasas de la materia prima son convertidos en ésteres monoalquílicos de ácidos grasos que constituyen el biodiésel. La fase de conversión involucra tres reacciones reversibles que se desarrollan de manera consecutiva para transformar los triglicéridos en diglicéridos, monoglicéridos y glicerina, con la liberación en cada vez de una molécula de éster monoalquílico. Existe una vasta cantidad de desarrollos tecnológicos orientados a la optimización de las reacciones de transesterificación y el consecuente rendimiento del biodiésel; por una parte se abordan retos técnicos relativos a los componentes de las reacciones, como la elección y pretratamiento de la materia prima, tipo de solventes utilizados en la reacción (alcohol, fluidos supercríticos, etc.), la utilización de catalizadores y el tipo de catalizador seleccionado. En tanto que, otras tecnologías se orientan más a la optimización de las condiciones de reacción cuyo efecto tendrá también gran repercusión en el rendimiento de la producción de biodiésel, su calidad, y la viabilidad económica del proceso de producción. En estas tecnologías es un aspecto clave el diseño del reactor con el que se busca maximizar la conversión y simplificar la operación, sin implicar incremento en costos. Las características de los reactores se determinan generalmente en función de parámetros como la velocidad de agitación, calidad de mezclado, tiempos de reacción, temperatura, proporción de reactantes (aceite/grasas:alcohol), entre otros, que beneficiarán en menor o mayor grado la producción de biodiésel.

Los reactores, son generalmente tanques de gran capacidad en los que se implementa algún sistema que promueva la agitación mecánica o neumática para favorecer las interacciones entre los reactantes y los catalizadores (ya sea químicos o enzimáticos). Las reacciones de transesterificación se han desarrollado en reactores por lote (tipo “Batch”); sin embargo la capacidad de este tipo de reactores limita la producción de biodiésel, teniendo además otras desventajas como la necesidad de llevar a cabo largos procesos de separación y purificación de productos y subproductos, incrementando el costo de producción de biodiésel en términos económico y operacional.

Alternativa a lo anterior son las tecnologías en las que se utilizan reactores de flujo continuo, los cuales ofrecen ventajas como la simplificación de pasos de mezclado de reactivos, o de separación y purificación de productos; además de ventajas en relación a la disminución de los requerimientos de la planta de producción y su mantenimiento, así como de los costos de operación. El desarrollo de las reacciones de transesterificación en procesos continuos tiene también la ventaja de que se pueden acoplar a otros procesos en los que concomitante con la producción de biodiesel se favorece la obtención de subproductos y compuestos también de interés comercial.

En un proceso de producción de biodiésel en flujo continuo, los reactantes son alimentados continuamente en el reactor, y también es continua la recuperación del biodiésel así como de subproductos generados. Se conocen a la fecha distintos tipos de reactores para los procesos continuos de producción de biodiesel, entre ellos: reactor de tanque agitado (CSTR continuous stirred reactor), reactor de lecho fijo (FBR), reactor de columna de burbujeo (BCR), reactor de microcanal (MCR), reactor de membrana (MR), reactor de columna de destilación (RDC). Y hay también reactores de flujo continuo en los que la agitación mecánica se puede reemplazar con el uso de microondas, ultrasonido, o hidrodinámica para generar cavitación de los líquidos(2).

Cada una de las propuestas tecnológicas, referentes particularmente a reactores en proceso continuo como los mencionados en el párrafo anterior, tiene no obstante inconvenientes pendientes de resolver, que a la fecha son los obstáculos para su implementación a nivel industrial, para lo cual factores como el volumen de producción; la disponibilidad de la materia prima; la inversión necesaria para aspectos como instalaciones, servicios básicos, equipamiento, mano de obra, entre otros están a la par de la importancia de los aspectos concernientes a las características y condiciones de calidad que debe(n) cubrir el(los) producto(s) fina(les).

La intensa labor científica e industrial para solventar los retos tecnológicos relacionados al diseño de reactores y su aplicación en los procesos de producción de biodiesel puede verse reflejada a través de la actividad de búsqueda de protección de invenciones relacionadas a este campo técnico.

Los métodos de producción de biodiésel en pequeña escala son en principio simples, y constantemente surgen nuevas mejoras y modificaciones a los procesos existentes; sin embargo la cantidad de biocombustible obtenido por estos procesos no es rentable para fines comerciales. Por otra parte, los procesos de producción de biodiésel a nivel industrial comúnmente involucran una numerosa serie de pasos y procesos asociados que conllevan a aumentar el costo de producción del biocombustible siendo que en términos costo-beneficio no resulta competitivo en relación a los combustibles convencionales. Por lo que se ha puesto gran empeño en el desarrollo de estrategias de producción de biodiésel con las cuales se logre tener un proceso integrado, en el que se optimicen las distintas operaciones involucradas en la producción del biodiésel. Particularmente con respecto a los procesos continuos de producción de biodiésel se han desarrollado diversas tecnologías en las que se tienen entre los principales objetivos, reducir tiempos muertos, costos de operación debidos a carga y descarga de materias primas y productos obtenidos.

De acuerdo con los resultados hallados para el presente informe, existe una cantidad de 434 familias de patente que agrupan 1,456 registros tocantes al tema de biodiésel, reactores y proceso continuo; y se encontró que China, Estados Unidos y Brasil son los países con mayor cantidad de desarrollos protegidos relacionados a reactores y procesos continuos para producción de biodiésel.

Se encontró que los solicitantes/titulares Chinese Academy of science (CAS) (academia nacional de ciencias naturales de la república popular de China), y las empresas Xishan Lyuchun plastic prod factory y China petroleum & Chemical corp, INC, son los que más han buscado proteger sus invenciones en distintas jurisdicciones a través de la estrategia de familias de patentes; hecho relevante al considerar que el número de jurisdicciones donde se busca/obtiene protección para una invención se relaciona de manera positiva con su valor estimado.

Por otra parte, las empresas internacionales Solvay, con sede en Bélgica; BASF, con sede en Alemania; y la israelí TransBiodiesel Ltd son las que encabezan la lista como solicitantes de tecnologías protegidas relacionadas a reactores para procesos en continuo de producción de biodiesel. Estas empresas también han buscado/obtenido protección de sus desarrollos tecnológicos en diversas jurisdicciones, como es de esperarse en empresas con fuerte posicionamiento en el mercado.

Empresas

Con respecto a la actividad de protección de invenciones relacionadas a reactores en proceso continuo para producción de biodiesel en México, se observa la participación de solicitantes/titulares nacionales como el Instituto Mexicano del Petróleo, y Gross del Sureste S.A. de C.V.; no obstante en similar nivel de participación en la actividad de protección de este tipo de invenciones se ve la presencia de empresas como Biodiesel Andalucía 2004, S.A., Old Dominion University, SK Chemicals Co, Alternativas bioenergéticas SRL de CV, Universidad North Dakota, Mcneff Research Consultants Inc, Crystaphase Prod Inc, Furanix Technologies BV, Rio Oeste SA, y Trans Bio-diesel Ltd.

De acuerdo con los hallazgos, y en consideración de la actualización correspondiente al período agosto 2017 a enero 2018, se tiene que el panorama en el campo técnico de reactores en proceso continuo para producción de biodiesel no es estático, y se ven cambios en los solicitantes/titulares e inventores que sobresalen en las listas basadas en el número de invenciones protegidas como indicador de su capacidad tecnológica, quienes buscan constantemente estar catalogados en los más altos niveles de competitividad; no obstante, es relevante notar que de manera general China y Estados Unidos continúan en el liderazgo de este sector tecnológico.

BIOBLIOGRAFÍA:

  1. Tejada et al. 2013. http://www.scielo.org.co/pdf/luaz/n36/n36a02.pdf)
  2. KA Zahan, M Kano. 2019. Technological Progress in Biodiesel Production: An Overview on Different Types of Reactors. Energy Procedia 156, 452-457. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610218310452
  3. © 2017 Derwent Innovation Analytics. All rights reserved, https://www.derwentinnovation.com/login/, Consultada en Enero 2019.