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41 Centro Azúcar 38(1): 41-57. Ener-Marz. 2011 Titulo Resumen. Abstract Análisis de Ciclo de Vida para la producción de biodiesel en comunidades agrícolas cubanas. Inventarios Cachaldora Francisco, Isidro Javier Empresa de Soldar Carriles Cdte “Tony Santiago”. SOLCAR. Placetas. MITRANS. e-mail: [email protected] Diverse tools of evaluation of the significant environmental impacts exist, associated to any productive activity or services, but in the majority cases they are qualitative and they do not express with its results all the necessary information, to be able to drive suitably, but the life cycle assessment (LCA), it studies the environmental aspects and it allows to evaluate the associate environmental loads throughout the cycle of life of a product, in this case, the production of biodiesel in Cuba from the energy inventories, raw materials, products and emissions to enviroment, using two sources that do not contradict the state policy, that is not to change foods by fuels, and these sources are: cachaza, like sugar bowl wastes and the seeds of the Jatrophas Curcas L., of that it is extracted a toxic oil and both they have as advantages that by-products and activities have stops economic, environmental and social high values, that gives important credits to the proposal. This tool includes the stages of extraction and processing of raw materials, manufactures, transport, distribution, use, reusability and maintenance; recycling and final destiny of the waste fraction, reason why the initial work is to define the objectives and scopes of study, soon to do a deep inventory of the processes (extension of this work), it will allow the pass of the evaluation of impacts and the improvements that arise to demonstrate how environmentally are compatible or not, in the obtaining of biodiesel in the present economic, environmental and social conditions of Cuba. Key words: Life cycle assessment, inventory, Jatrophas Curcas L, biodiésel, cachaza (sugar bowl wastes). Existen diversas herramientas de evaluación de los impactos ambientales significativos, asociados a cualquier actividad productiva o de servicios, pero en su mayoría son cualitativas y no expresan con sus resultados toda la información necesaria para poder accionar adecuadamente, pero el análisis de ciclo de vida (ACV) estudia los aspectos ambientales y permite evaluar las cargas ambientales asociadas a lo largo del ciclo de vida de un producto, en este caso, la producción de biodiesel en Cuba a partir de los inventarios de energía, materias primas, productos y emisiones al medio, empleando dos fuentes que no contradicen la política estatal, que es el no cambiar alimentos por combustibles, y estas fuentes son: la cachaza, como residual azucarero y las semillas de la Jatrophas Curcas L., de la que se extrae un aceite tóxico y ambas poseen como ventajas que subproductos y actividades tienen altos valores económicos, ambientales y sociales, que dan importantes créditos a la propuesta. Esta herramienta comprende las etapas de extracción y procesado de materias primas, manufactura, transporte, distribución, uso, reutilización y mantenimiento; reciclaje y destino final de la fracción de residual, por lo que el trabajo inicial es de definir los objetivos y ámbitos de estudio, para luego hacer un profundo inventario de los procesos (extensión de este trabajo), que permitirá el posterior paso de la evaluación de impactos y de las mejoras que surgen para demostrar cuál ambientalmente es compatible o no, en la obtención de biodiesel en las condiciones actuales económicas, ambientales y sociales de Cuba. Palabras clave: Gestión, desechos peligrosos, sustancias/productos peligrosos, medio ambiente.

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Resumen. Abstract

Análisis de Ciclo de Vida para laproducción de biodiesel en comunidades

agrícolas cubanas. InventariosCachaldora Francisco, Isidro JavierEmpresa de Soldar Carriles Cdte “Tony Santiago”. SOLCAR. Placetas.MITRANS.e-mail: [email protected]

Diverse tools of evaluation of the significantenvironmental impacts exist, associated to anyproductive activity or services, but in the majoritycases they are qualitative and they do not expresswith its results all the necessary information, to beable to drive suitably, but the life cycle assessment(LCA), it studies the environmental aspects and itallows to evaluate the associate environmentalloads throughout the cycle of life of a product, in thiscase, the production of biodiesel in Cuba from theenergy inventories, raw materials, products andemissions to enviroment, using two sources that donot contradict the state policy, that is not to changefoods by fuels, and these sources are: cachaza, likesugar bowl wastes and the seeds of the JatrophasCurcas L., of that it is extracted a toxic oil and boththey have as advantages that by-products andactivities have stops economic, environmental andsocial high values, that gives important credits to theproposal. This tool includes the stages of extractionand processing of raw materials, manufactures,transport, distribution, use, reusability andmaintenance; recyclingand final destinyof the wastefraction, reason why the initial work is to define theobjectives and scopes of study, soon to do a deepinventoryof the processes (extension of this work),it will allow the pass of the evaluation of impacts andthe improvements that arise to demonstrate howenvironmentally are compatible or not, in theobtaining of biodiesel in the present economic,environmental and social conditions of Cuba.

Key words: Life cycle assessment, inventory,Jatrophas Curcas L, biodiésel, cachaza (sugar bowlwastes).

Existen diversas herramientas de evaluación de losimpactos ambientales significativos, asociados acualquier actividad productiva o de servicios, peroen su mayoría son cualitativas y no expresan consus resultados toda la información necesaria parapoder accionar adecuadamente, pero el análisis deciclo de vida (ACV) estudia los aspectosambientalesypermiteevaluarlascargasambientalesasociadas a lo largo del ciclo de vida de unproducto, en este caso, la producción de biodieselen Cuba a partir de los inventarios de energía,materias primas, productos yemisiones al medio,empleando dos fuentes que no contradicen lapolítica estatal, que es el no cambiar alimentos porcombustibles, yestas fuentes son: la cachaza, comoresidual azucarero y las semillas de la JatrophasCurcas L., de la que se extrae un aceite tóxico yambas poseen como ventajas que subproductos yactividades tienen altos valores económicos,ambientalesysociales,quedanimportantescréditosa la propuesta. Esta herramienta comprende lasetapas de extracción y procesado de materiasprimas, manufactura, transporte, distribución, uso,reutilización y mantenimiento; reciclaje y destinofinal de la fracción de residual, por lo que el trabajoinicial es de definir los objetivos y ámbitos deestudio, para luego hacer un profundo inventariode los procesos (extensión de este trabajo), quepermitirá el posterior paso de la evaluación deimpactos y de las mejoras que surgen parademostrar cuál ambientalmente es compatible o no,en la obtención de biodiesel en las condicionesactuales económicas, ambientales y sociales deCuba.Palabras clave: Gestión, desechos peligrosos,sustancias/productos peligrosos, medioambiente.

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Introducion“…Utilícese toda la ciencia necesaria para undesarrollo sostenido sin contaminación…”1 Hoylahumanidad enfrenta grandes desafíos, todos muyvinculados a su propia supervivencia y a la de todoel planeta; por un lado las grandes nacionesindustrializadas, que con sólo el 20 % de lapoblación mundial consumen las tres cuartas partesde la energía que se produce en el mundo, con unmodelo de desarrollo sustentado en sus propiosintereses de crecimiento; y un Tercer mundo ricoen fuentes energéticas y otros recursos, pero conlimitaciones reales de desarrollo, donde loselevados niveles de pobreza hacen una fuertepresión destructiva sobre el medio ambiente;pobreza provocada por siglos de explotación porlas naciones desarrolladas de hoy. La disminuciónprogresiva de las reservas de combustibles fósiles(petróleo, carbón, gas natural) y los problemas decontaminación ambiental asociados a sucombustión, han atraído la atención deinvestigadores hacia la búsqueda de nuevas fuentesde energía limpia y renovable.5 Se clasifican comofuentes de energía renovables a: la biomasa, elviento (eólica), el sol (solar) y las fuerzas delagua de ríos y océanos. Para el caso cubano, dondelos recursos energéticos son limitados y losexistentes requieren de tecnologías sofisticadas ycostosas, inaccesibles en la mayoría de los casosdado por las trabas del bloqueo yanqui y la propiasituación financiera, en parte provocada por estaacción discriminatoria; no obstante existenalternativas a desarrollar a partir de fuentes comola biomasa, pero de una biomasa que nocomprometa además nuestra situación agro-alimentaria, es decir, no cambiar alimentos porcombustibles. El desarrollo de estas vías deobtención de energía sería una alternativa paliativamás que no sólo contribuiría al desarrolloenergético, fundamentalmente de las zonas rurales,donde la cantidad y calidad del servicio energéticonacional son bajas dado por condicioneseconómico-geográficas reales, sino que ademásposibilitaría una diversificación de producciones,empleos y otros posibles beneficios ambientales,sociales y económicos.7

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Desarrollo

Pero, realmente no se conoce, si la obtención debiocombustible (biodiésel en este caso) a partir dedos fuentes:• Aceites vegetales no comestibles a partir desemillas de Jatrophas Curcas L. (conocida comopiñon botija) y…• Cachaza de la producción de azúcar de caña.es realmente una actividad totalmente ecológica, yese es el problema a enfrentarnos: La carencia deuna metodología y un inventario con enfoquede Ciclo de Vida para conocer los impactosde la producción y uso de biodiésel en Cuba apartir de aceites vegetales no comestibles ycachaza de la producción azucarera.Mencionamos anteriormente elAnálisis de Ciclode Vida (ACV), que podemos definir como: lamejor herramienta para evaluar la sostenibilidadde opciones tecnológicas, por considerar todoslos efectos del proceso en el ecosistema y lapoblación que puedan poner en peligro las presentesy futuras generaciones. Puede definirse además elACV como un proceso objetivo para evaluarlas cargas ambientales asociadas a un producto,proceso o actividad durante todas las fases de suciclo de vida, desde la extracción y procesado delas materias primas hasta el tratamiento de suresiduo, es decir, un proceso desde la cuna hastala tumba.4,10,11

Se planteó la hipótesis siguiente: El desarrollo deuna metodología, selección de tecnologíasadecuadas e inventarios con enfoque de Ciclode Vida para la producción y uso de Biodiéselen Cuba, permitirá evaluar los impactosambientales, económicos y sociales y a su vezseleccionar las alternativas de mejoras másviables para minimizar estos impactos acorde alas condiciones cubanas.El alcance de este trabajo se limitó a lametodologíay al desarrollo de inventarios, siendo la primeraetapa de un trabajo final mayor y concluyente.Por lo que el objetivo general lo expresamos como:Desarrollar metodología e inventarios para laproducción y uso de biodiésel en comunidadesagrícolas cubanas.Los objetivos específicos fueron:1. Analizar las metodologías de ACV existentes yajustar los modelos a las condiciones cubanas.

2. Realizar un inventario de cada una de lastecnologías seleccionadas para la producción y usode biodiésel a partir de aceites no comestibles y lacachaza de la producción de azúcar, considerandoen ambos casos las etapas agrícolas, industrial y deuso.

Fase No. 1Esta primera fase es probablemente la másimportante, pues en ella se establecerán los cimientosdelACV, y este consta de:a) Propósito de estudio: Cuál es la razón para realizarel ACV, qué tipo de decisiones se tomarán deacuerdo a los resultados del ACV, y si estas seráninternas ó externas.b) Ámbito de estudio: define el sistema, sus límites(conceptuales, geográficos, temporales) y losparámetros que los caracterizan (materias primasconsumidas, consumo energético, productos,subproductos, residuos y emisiones). Asimismo, sedeben establecer los requisitos de los datos que seutilizarán, la hipótesis clave y las limitaciones delestudio.c) Unidad funcional: se debe establecer la unidadfuncional de cuantificación, basada en la prestaciónproporcionada por el servicio o producto.d) Procedimiento para garantizar la calidad de losdatos: se propone la utilización de indicadores decalidad que garanticen la fiabilidad de los datosutilizados y en consecuencia, de las desicionesbasadas en ellos.Fase No. 2. Análisis de inventariosEsta etapa de inventario es básicamente un procesotécnico de recogida de datos para cuantificar lasentradas ysalidas al sistema. Para facilitar yclarificarel estudio,sedivide el sistemaendiversos subsistemasy etapas (adquisición de recursos, fabricación, uso,gestión de residuos y transporte entre etapas)

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Figura1. Árbol del problema.

MetodologíaComo esquema metodológico de unACV, este sedivide en cuatro fases fundamentales, según muestrael gráfico siguiente apoyado en laNC ISO 14 040:97(Figura 2)

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Figura 2. Esquema metodológico deun ACV

Figura 3. Diagrama típico para elaborar las diferentes

Como se expresa en la introducción, este trabajoposee un alcance limitado hasta los inventarios, porlo que las otras fases que componen el ACV no sontema a analizar.PARTE EXPERIMENTAL Definición debiodiéselPara obtener biodiésel emplearemos la primerafuente; pero, ¿qué es el biodiésel? Pues, se define albiodiésel como: un étil ó metil éster de ácidosgrasos hecho de aceites vírgenes y usados,comestibles o no de vegetales y grasas animales6,9

ó: nombre genérico de combustibles obtenidosmediante transesterificación de aceites vegetales, otro: son alquil ésteres detransesterificación de lípidos derivados deplantas y animales (aceites o grasas) usando unalcohol tales como el etanol ó metanol comogrupo alquílico donor y un catalizador (ASTMD6751; CGSB-3.520).

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Fuentes para Cuba1. Aceites vegetales no comestibles a partir deJatrophas Curcas L.La Jatrophas Curcas L. de la familiaEuphobiarceae , es una planta originaria deAméricacentral donde se encuentra la única variedad notóxica, cultivable desde los 30° N y 35° S. Esta sepuede cultivar en suelos con pocos requerimientosen nutrientes y de baja humedad, es resistente a lasequía, plagas y enfermedades. Es un arbusto quepuede llegar hasta 3 m de altura en condicionesespeciales, los frutos son acorazonados y carnososde un rojo oscuro cuando maduran, en el interior seencuentran de dos a tres semillas que alcanzan de1,5 a 2,0 cm, estas al ser descascaradas ycomprimidas se le extrae el aceite el cual es rico enácido oleico (18:1) 40,3%, ácido linoleico (18:2)37 % y palmítico (16:0) un 16,4 %, este aceite estóxico debido a la presencia de toxinas; el cicloproductivo puede alcanzar los 50 años y al serperenne favorece al suelo; además del uso comobiodiésel a partir de las semillas, las restantes partesde la planta tienen otros empleos, tales como postesen cercas vivas, medicinas, enriquecimiento delsuelo, resistencia a la erosión etc, además la tortaresidual del proceso de extracción del aceite,puede usarse como fertilizante unido a laposibilidad de crecimiento del empleo en las zonasrurales, que puede incluir más a mujeres y jóvenes.2

2. CachazaEn Cuba resulta muy atractivo utilizar la cerapresente en la cachaza, residuo de la industriaazucarera, debido a su gran disponibilidad, y fácilextracción de la cera contenida en ella.Las ceras se definen como ésteres de ácidos grasossuperiores, que en vez de contener grupos glicéridosson ésteres de alcoholes grasos superiores: C16(cetílico), C24 (carnaubílico) y C30 (miricílico). Lafórmula general de la cera es R-CO-O-R’. De unaforma genérica puede afirmarse que las cadenas delácido ydel alcohol tienen longitudes similares. Lasceras tienen pesos moleculareselevados, son sólidasa la temperatura ambiente, pero tienen puntos defusión inferiores a los 90 °C yson insolubles en aguay en la mayoría de disolventes orgánicos. Pero, enrealidad lo más interesante no sería solamente laproducción de biodiésel sino la obtención dealcoholes de alto peso molecular (AAPM), muydemandados y altamente cotizados en mercadosinternacionales.

3. ¿Qué se incluye en los sistemas a estudiar?:Jatrophas curcas Linneaus

• Cultivo de JCL (vivero, producción y uso deabonos orgánicos, poda y recolección de sus frutos).• Transporte y procesamiento de las semillas parala obtención de biodiésel y sus co-productos.• Uso de biodiesel en equipos automotores yestáticos, fundamentalmente agrícolas. (Figura 4)

Cachaza. (Figura 5)• Cultivo de la caña de azúcar (banco de semillas,siembra yactividades agrícolas como usode abonosorgánicos e inorgánicos, riego, plaguicidas y cortede la caña).• Transporte a centro de acopio para eliminarimpurezas y luego transporte al central azucarero.•Actividad industrial propiamente dicha para laobtención de azúcar y los residuos como lacachaza para la obtención de biodiésel• Producción de biodiésel y obtención de otrosproductos como AAPM.• Uso de biodiésel en equipos automotores yestáticos, fundamentalmente agrícolas.4. Alcance del Estudio1. Funciones de los sistemas estudiados:Cumplen la función de servir como combustible enequipos automotores o estáticos.2 . Unidad Funcional: La cantidad de biodiéselexpresado en MJ de biocombustible de JCL ócachaza que es necesario para conducir un km enun vehículo de combustible diésel ó para generar unMJ deelectricidad.3. Sistemas a estudiar:a) Producción y uso de biodiésel obtenido de JCLy cachaza mezclado con diésel al 20 %. b)Producción y uso de biodiésel obtenido de JCL ycachaza al 100 %.4. Categorías de impacto:a) Uso de la tierra.b) Cambio climático. (CO

2, CH

4, Non)

c) Agotamiento del ozono estratrosférico.d) Formación de oxidantes fotoquímicos. (NOx)e) Acidificación. (SOx y NOx)f) Eutofización. (PO

4)

g) Toxicidad en humanos y biota.h) Uso de recursos

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Figura 4. Etapas o fases del ciclo de vida para el biodiésel apartir de la JCL.

Figura 5. Etapas o fases del ciclo de vida para el biodiésel a6. Evaluación del impacto:a) Eco-indicador 99b) Método propuesto en el trabajo que incluye losfactores sociales y económicos cubanos.7. Revisión crítica:Mostrará la comparación entre las dos formas deemplear el biodiésel, una mezclada con diesel y laotra al 100 % biodiésel para demostrar la factibilidadde producirlo en las condiciones cubanas, bajo unenfoque de ciclo de vida.8. Requisistos de los datos:

a) Para determinados procesos donde no existan osea imposible tener datos nuestros muyexcepcionalmente se tomarán datos de procesossimilares bajo condiciones similares.10. Limitaciones:a) Se empleará solo para tecnología de obtenciónde biodiésel por transesterificación. b) Se limita aluso del diesel y no se incluyen otros derivados delpetróleo.c) No se incluirán las fases de producción demaquinarias, equipos auxiliares y las fases deobtención de materias primas no fundamentales(abonos inorgánicos, plaguicidas).

Recoger datos en entidades productivas vinculadasal proceso (agrícola, industrial, de combustión)9. Suposiciones.

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Descripción tecnológica e InventariosJatrophas curcas L.Fase agrícola: Incluye la subfase vivero, donde lasplántulas se desarrollarán por espacio de tres acuatro meses, ya sea la siembra por semillas oesquejes, en nuestro caso predomina la primera, porgarantizar la raíz principal en su desarrollo haciendola planta más resistentea los huracanes y a la erosiónde los suelos. Aquí se adicionan a la fuerza detrabajo, plaguicidas, bolsas de PE, abonos orgánicosy agua. Transcurrida esta fase, se trasladan lasplántulas al campo y se siembran según el marcoestablecido para nuestro país de 3 x 4 ó 4 x 4metros, con el objetivo de facilitar las actividadesde cultivos de ciclo corto como frijoles y elsilvopastoreo. Las tierras seleccionadas seránaquellas que por características edáficas no estánaptas para cultivos, o tierras de cultivos que pormalas prácticas de manejo han perdido lascaracterísticas que les permitían obtener cosechasaceptables, por tanto la actividad de reforestacióncomo forma de recuperar suelos es la tareaprimordial al sembrar campos de Jatrophas curcasy no la producción de biodiésel que se observacomo actividad secundaria. Unido a esto la plantamediante sus hojas y sistema radicular aportanutrientes al suelo, además las hojas sirven para elcontrol de plagas, al ser tóxica. La planta esrepelente de animales por lo que se aprovecha comoposte para cercas. En el primer año de vida y paralograr la supervivencias, de ser posible, se puedesuministrar agua a las plantas, así como abonos yplaguicidas. Las plantas mayores de un año nodispondrán de agua de forma artificial, ni de abonosyplaguicidas inorgánicos. La fase final es lacosecha,que ocurre en dos etapas marcadas en el año. En laFigura 6 se muestraunbalance del inventariobasadoen la información obtenida de las plantaciones deMacambo (Guantánamo) y Las Mercedes – B.Massó (Granma)

Fase Industrial: Los frutos han de desmembrarseen cáscara y semillas, previo secado empleandoenergía solar. Las cáscaras secas se emplearáncomo nutrientes a las plantas. Las semillas secaspasan por una prensa extractora (manual o movidapor energía eléctrica) y luego a un filtro (de tela abatch o al vacío), quedando el aceite crudo filtradocomo producto y una torta aceitosa como residuo,la que al igual que la cáscara, posee altos valores deK-P-N y se transforma en abono orgánico de altacalidad. El aceite crudo filtrado pasa a latransesterificación básica, que no es más que latecnología más empleada en la obtención debiodiésel de 1ra generación, la que consiste enconvertir un éster en otro, haciéndolo reaccionar conun alcohol en presencia de un catalizador comomuestra la reacción siguiente:

catalizadorRCOOR” + R””OH RCOOR”” +R”OHÉster 1 Alcohol 1 Éster 2 Alcohol 2 Si el éster 1 es un triglicérido y el alcohol 1 es decadena corta, como consecuencia de la reacciónquímica se obtiene biodiésel, éster 2 (que esuna mezcla de metil ésteres de ácidos grasosque formaban el aceite ó FAME – fattyacids methylesters -), en el caso de hacerlo reaccionar con etanol,la mezcla será de etil ésteres y un alcohol 2, en estecaso glicerina, formando dos fases biendiferenciadas, las que se separan por decantacióncon posterior lavado con agua y secado delbiodiésel. El método de catálisis básica es el másadecuado para las condiciones cubanas, debido aque la materia prima no tiene un por ciento elevadode ácidos grasos libres y se puede utilizar estemétodosin mayores dificultades y logrando altos valores deconversión.Teniendo en cuenta el factor costo, los catalizadoresbásicos presentan mejores perspectivas y tienenbuenos resultados, además se han encontradoproblemas con los catalizadores heterogéneos y conlas enzimas que para nuestras condiciones no seríaviable.En la figura 7 se muestra el inventario basado enla información obtenida de Macambo enGuantánamo.

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Figura 6. Inventario Fase Agrícola para la obtención de biodiésel apartir de JCL

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Figura 7. Inventario Fase Industrial para la obtención de biodiésel apartir de JCL

Fase Combustión en MCIFinalmente para completar el estudio, el biodiéselobtenido se lleva a un banco de motores parapruebas con equipos estandarizados y luego conequipos de campo para medir el rendimiento en km/L, h/Ló MJ/L, emisiones, así como la observaciónde las camisas, mangueras y juntas para apreciarla posibilidad de encrustamientos para determinarlos ciclos de mantenimiento.(Figura 8)

Figura 8. Inventario Fase Motorpara la obtención de biodiésel a

partir de JCL

En el caso de Cuba, han sido pocas las pruebasrealizadas con biodiésel en motores yestas han sidofundamentalmente en motores de prueba yde formaaislada; los valores anteriores se fundamentan en loexpuesto y en la práctica internacional.InventariosCachazaElsiguiente esquema (Figura 9) resume el inventariode la obtención de biodiésel a partir de la cachaza,centrándonos en el esquema tecnológico de lacachaza-biodiésel.

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Figura 9. Inventario para la obtención de biodiésel a partirde la cachaza

La fase industrial de la cachaza, que a diferenciade la tecnología para obtener biodiésel a partir deJCL, requiere de un equipamiento más sofisticadoy mayor número de operaciones y reactivos que enuna pequeña comunidad no se puede realizar, perosí en un central azucarero, diversificando lasproducciones de este para obtener alcoholes dealto pero molecular (AAPM) como productofundamental de alta cotización en el mercado por suamplio uso en la industria farmacéutica (11 $/kg).La tecnología se puede subdividir en los pasossiguientes: (Ver anexo I)1. Extracción de la cera con solvente orgánico.Se empleará nafta como solvente para extraer lacera de la cachaza. Los parámetros óptimos paraesta etapa (tabla 1) ya han sido encontrados porvarios autores.12 Los valores empleados fueron:Tabla 1. Parámetros de trabajo de la extracción dela cera

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Tabla 1. Parámetros de trabajo de la extracción de la cera

Estos parámetros de operación aseguran unaextracción del aceite con valores elevados sin afectarlas propiedades del mismo. La extracción será endos etapas con corrientes cruzadas, donde a cadaetapa se adiciona una cantidad igual de cachazafresca y se utiliza la solución de lixiviaciónproveniente de la etapa anterior, logrando conesto enriquecer más esta solución, aprovechandola capacidad de extracción que aún presenta elsolvente a la salida de la primera etapa2. Evaporación del solvente.Luego de la etapa de extracción y filtración, serealizaunaetapade separacióndelsolventemedianteevaporación al vacío, recuperando el 76 % del totalinicial de nafta, para continuar reusándola.

3. Reacción de transesterificación. (tabla 2)Primero, determinar la masa de aceite obtenido enla etapa de extracción y calentar hasta que se licúesuficientemente, se añade la cantidadpredeterminada de etanol al aceite y junto con este,el catalizador necesario y se coloca la mezclareaccionante en un termostato, con agitación,dejándolo reaccionar por un tiempo de 4 horas.3,12

4. Extracción del AAPM.La mezcla resultante se deja enfriar a temperaturaambiente, se disuelve en solvente orgánico y semantiene durante 12 horas a una temperatura de 4-6 ºC. en esta etapa cristalizan los alcoholes grasoso AAPM, estos se filtran al vacío, purificándolosmediante un lavado con etanol en tres etapas, y unlavado final con acetona. El licor resultante de lafiltración se evapora para eliminar el etanol que noreaccionó y el solvente orgánico.Tabla 2. Parámetros de la reacción

de transesterificación.

. Purificación del biodiésel.Se valora la acidez del biodiésel y se neutraliza conácido.ResultadosDe cada fase de inventario hemos analizados no sólosus valores de entrada y salida, sino que hemosvalorado tecnologías, sus créditos y limitaciones.(tablas 3,4 y 5)

Tablas 3, 4 y 5. Créditos y limitacionesde las fases de ACV aportadas por los

inventarios

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Cachaza.Aunque la pureza del etanol puede ser un problema,en la reacción presenta varias ventajas:• La utilización de otro recurso renovable.• Por las diferentes propiedades que le confiereal biodiésel.Así, el producto obtenido presenta unmenor punto de escurrimiento cuando se usa etanolrespecto de metanol.• Se obtiene una mayor miscibilidad con elaceite, lo que implica mayor velocidad de reacción,dado que se eliminan o disminuyen los problemasde la transferencia de masa.• El costo de adquisición del etanol es inferioral del metanol.Elmetanol esmuchomás tóxico y difícil demanipularcuando forma el metóxido. Pero, se ha demostradoque se puede elaborar biodiésel a partir de un alcoholde 96º GL utilizando un exceso de etanol dealrededor de 3,5 mol de etanol/mol de aceite, paraasegurar conversiones altas en el equilibrio, siempreque no se sobrepase el límite máximo de exceso deetanol hallado (menor de 15 mol de etanol/mol deaceite) por lo que favorece el desarrollo de laproducción de biodiésel no sólo de la cachaza sinoque es extrapolable para el de JCL para lascondiciones cubanas.12 Apriori, hemos determinadouna matriz DAFO que daría lugar a un proyecto dedesarrollo sostenible desde la perspectivaambiental,económica ysocial como es objetivo de este trabajo,teniendo en cuenta las necesidades de nuestro país.(tabla 6)Tabla 6. Matriz DAFO.

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Se ha determinado la viabilidad tecnológica deproducir biodiésel en Cuba tanto de la JCL, comode la cachaza.2. Las tecnologías analizadas son bastanteasequibles y los reactivos son de producciónnacional.3. Ha de mantenerse un estricto control de procesopara manteneruna calidad de los productos así comopara garantizar la seguridad tecnológica del proceso.4. El empleo del etanol disminuye los riesgos almedio ambiente y disminuye los costos.5. Se requiere de ver los procesos integrados, pueslos créditos superan las posibles soluciones de otrasfuentes de biodiésel muy censuradas por atentarcontra la seguridad alimentaria.6. La definición de las fases ysus límites permitiráun adecuado inventario suficiente para poder hacerlas fases siguientes con una óptima calidadinformativa.7. Los inventarios recogen información de la prácticareal en las condiciones del país.8. Es viable y necesario un ACV para poderdemostrar la fiabilidad de la producción de biodieselen Cuba a pequeña escala, con los beneficiospropios y colaterales que aporta y para trabajar enla mejora continua de estas producciones.

Concluciones Bibliografia

1. Castro, F.: Discurso pronunciado en laCumbre de Río o de laTierra, Río de Janeiro, Brasil,1992.2. De la Vega, J.: Biodiésel: Jatropha curcas L.,Ed México, Ciudad de México, México, 2007.3. Feit, R.: “Estudio y diseño de una PlantaDemostrativa para la producción de Biodiésel apartir de un residuo de la IndustriaAzucarera”,Tesisde grado. Facultad de Química-Farmacia, UCLV,Santa Clara, Cuba, 2007.4. Fullana, P. y J. Riveradevall: Estado actual yperspectivas de futuro del análisis del ciclo devida en España, Ed. CV, Barcelona, España, 2000.5. González, E. et al.: Biodiésel, Ed.Argentina,Argentina, 2006.6. Holbein, B.; J. Stephen y D. Layzell:Canadian Biodiesel Initiative: Aligning Researchneeds and priorities with the emerging industry,BIOCAP, Queen’s University, Kingston, Ontario,Canadá, 2004. www.biocap.ca7. López, P. et al.: Los biocombustibles ¿Unaoportunidad Agrícola?, Ed. ITAP, Pontevedra,España, 2006.8. NC ISO 14 040:97 “Análisis de Ciclo deVida” 2000.9. Pant, K., et al., “Report of the committee ondevelopment of bio-fuel. Planning comisión,Government of India, New Delhi, 2003.10. Riveradevall, J. et al.: ACV: Envases encentros de comidas rápidas, Ed. CV, Barcelona,España,11. Rosa, E.: ACV. Una herramienta de GestiónAmbiental, Curso UCLV, Santa Clara, 2007.12. Villanueva, G.: Curso de tecnologías para laproducción de biodiésel a partir de residuos de laindustria azucarera”. Facultad de Química-farmacia,UCLV, Santa Clara, Cuba, 2000.

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