Los problemas del biodiésel: contaminación bacteriana y desgaste del motor

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Queridos lectores,

He aquí el segundo post de la miniserie sobre la discusión de los problemas específicos al uso del biodiésel, en este caso uno bastante grave y muy bien documentado por Rafael Íñiguez.

Salu2,
AMT

Biocarburantes de recursos ‘renovables’. Apuntes del biodiésel. 

Desde hace unos años, es habitual ver en algunas estaciones de servicio de nuestros pueblos y ciudades surtidores etiquetados como ‘Biodiésel’, la reacción a su visión es de agrado, la diferencia de precio no es muy grande, pero el creer que hacemos un bien a nuestro entorno nos hace sentirnos mejor. Elegir esta opción implica el uso de un carburante biodiésel o FAME(1) que puede consumirse puro o en un porcentaje determinado, (p.e., B20= 20% FAME), para estos productos la estación de servicio tiene la obligación de venderlos etiquetados, para que el usuario asuma la compatibilidad de la determinada concentración de FAME con el funcionamiento de su motor. No obstante, aunque no utilicemos la opción del biodiésel, desde el año 2008 (Orden ITC/2877/2008) todos los gasóleos contienen por imperativo legal un porcentaje de FAME mezclado con el gasóleo fósil. Este porcentaje ha ido aumentando desde su implantación hasta el 7% actual(2). 

Esto es consecuencia de la aplicación de las políticas de los estados para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, estimular la agricultura  y disminuir la dependencia energética exterior que tienen la mayoría de los países industrializados de la Unión Europea y particularmente de España. Estas políticas se iniciaron con la Directiva 2003/30/CE, del Parlamento Europeo y del Consejo, de 8 de mayo de 2003, para el fomento del uso de biocarburantes, la cual despertó grandes expectativas de negocio a nuevas empresas, las cuales han sido incentivadas con ayudas y facilidades por parte de las administraciones. Sin embargo, la aventura no ha sido muy afortunada y gran parte de las plantas de producción han tenido que cerrar por falta de rentabilidad, sobre todo por inferioridad de condiciones ante la importación de estos productos desde Estados Unidos o Argentina, donde aprovechan las subvenciones de sus países, y la llamada tasa cero que los exime de pagar impuestos al entrar en nuestro país (en principio, hasta finales del 2012), lo que les da a estas importaciones unas condiciones de mercado muy ventajosas. Debido a esta competencia, se ha llegado a solicitar por la asociación de productores de energías renovables (APPA) que se incremente progresivamente la proporción de FAME en el gasóleo hasta el 15% para el año 2020 y así poder dar salida a la capacidad de producción de nuestras plantas. Este es uno de los problemas que ha tenido, lo que en principio fue previsto como una ayuda para solucionar los problemas energéticos. Por desgracia nada es tan fácil y el biodiésel, si bien puede ser una ayuda, está ‘recién llegado’ y tiene muchas barreras que superar.

En España, más del 70% del parque móvil emplea gasóleo, ya que además es el que utilizan los transportistas debido a que el motor diésel tiene un mayor rendimiento que el de gasolina, y también porque existía una histórica diferencia de precios a favor del gasóleo. Una diferencia que, por la nueva fiscalidad, ha desaparecido. Esto determina que las características físico-químicas del gasóleo a suministrar estén limitadas por la compatibilidad con los millones de motores existentes que están funcionando, y que en su mayoría fueron diseñados para consumir gasóleo fósil (petrodiésel) con la  especificación técnica EN 590. Ahora y desde la obligación del uso de mezclas con biocarburantes, estos son  producidos según la norma europea EN 14214.

Esta norma EN 14214 se ha diseñado en función del biodiésel obtenido a partir de aceite de colza, la oleaginosa de mayor productividad en la zona centroeuropea, así como por otras características regionales. Debido también a las características regionales, algunos países mediterráneos donde, por ejemplo, el girasol es la principal oleaginosa, han introducido determinadas modificaciones en la norma para estimular la producción de biodiesel a partir de sus propias materias primas. En el caso de España, por ejemplo, se estableció un límite máximo superior en el índice de yodo, lo que impide su comercialización en otros países europeos donde se adoptaron las especificaciones originales de la norma.

Entre las normativas de países hay especificaciones con diferencias fundamentales, que se deben, por ejemplo, a normas sobre emisiones, o de protección del medio ambiente regional, o a las certificaciones exigidas a los constructores de motores.
Entre las especificaciones que más limitan se encuentran (3):

• Contenido en azufre: el límite sobre este parámetro depende de la legislación sectorial de aplicación sobre contaminación atmosférica, que en la UE se basa en los requisitos establecidos legalmente para el diésel fósil.

• Operabilidad en climas fríos: el punto de fusión y el comportamiento a bajas temperaturas en las materias primas que se pueden utilizar en la producción de biodiésel. Los límites de este parámetro están principalmente basados en las condiciones climáticas regionales.

• Número de cetano: el límite sobre este parámetro depende de las especificaciones establecidas para el diésel convencional en la norma europea EN 590. El límite europeo para los constructores de motores está certificado con el mínimo de 51, establecido también para el biodiésel. Este estándar depende de las materias primas utilizadas en su fabricación.

• Estabilidad a la oxidación: el biodiésel se degrada con mayor facilidad que el diésel fósil debido a su composición química. La estabilidad a la oxidación es un parámetro fundamental para asegurar el correcto funcionamiento en los motores, así como para su almacenamiento y distribución.

• Contenido en mono-, di-, y triglicéridos: la norma europea establece límites individuales en el contenido de estos compuestos, así como para el glicerol total. Estos parámetros, y el glicerol libre, dependen del proceso de producción.

• Densidad: la densidad del biodiésel es generalmente mayor que la del diésel fósil. Esta propiedad depende, en el caso del biodiésel, de su composición. Los límites de la normativa europea para este parámetro implican unos requisitos más restrictivos a las materias primas utilizables para su elaboración.

• Viscosidad cinemática: esta propiedad es mayor en el caso del biodiesel que en el diesel fósil, y en algunos casos a bajas temperaturas el biodiesel se puede convertir en un producto demasiado viscoso e incluso solidificar. Es el rango más restrictivo europeo de este estándar e implica limitaciones a las posibles materias primas utilizables para su fabricación.

• Índice de yodo: este parámetro mide la insaturación (4)  total existente en una mezcla de materias grasas, sin tener en cuenta los porcentajes relativos entre los compuestos mono y poliinsaturados. El mismo implica una importante restricción en cuanto a las materias primas utilizables para la producción de biodiésel.

• Éster metílico de ácido linolénico y ésteres metílicos poliinsaturados: los límites aplicados en la norma europea para el contenido de estos dos tipos de compuestos pueden implicar la exclusión de determinadas materias primas.

Una característica esencial de la especificación técnica europea, la ya citada EN 14214, es que sólo se aplica a los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), y otra es que establece las especificaciones técnicas, tanto para el gasóleo resultado de mezclar FAME con petrodiesel, como para el componente FAME puro (B100).

Si nos fijamos en el sexto grupo de la tabla superior vemos que la cantidad de agua admisible es de 500 ppm. Esto se debe a que el FAME es higroscópico y su solubilidad de agua es mayor de 5.000 ppm.  Por contra el gasóleo fósil, tiene una especificación de contenido máximo de agua de 200 ppm, y solubilidad de agua sólo es de 60 a 80 ppm.

El FAME, por su poder higroscópico, actúa como un emulsionante, formando una micro emulsión de agua en todo el sistema de combustible. Además el FAME es muy sensible frente a la oxidación y respecto a su carácter biodegradable es casi el doble que el del mejor gasóleo fósil.

La exposición anterior describiendo las propiedades higroscópicas del FAME, frente a la ausencia de afinidad por el agua del gasóleo fósil, se debe a la intención de mostrar, en primer lugar, la facilidad del aumento de contenido de agua de forma espontánea en el FAME en caso de exposición a humedad. Esto explica la mayor cantidad de agua permitida en la especificación de la norma EN 14214 para la mezcla de gasóleo fósil con biodiésel, frente a la menor cantidad permitida para los carburantes diésel fósiles. Resumiendo, el biodiésel puede absorber hasta 40 veces más agua que el diésel.

El problema es que cuando el contenido en agua es superior a 60 ppm es posible la aparición de vida microbiana en los carburantes diésel. Es por esta mayor facilidad de contener agua por lo que los FAME son más susceptibles a ‘padecer’  infecciones de hongos, levaduras y bacterias (5) que se desarrollan en el agua y se alimentan del gasóleo. Además como suele ser común en estos seres vivos su reproducción en condiciones favorables suele ser por duplicación, es decir exponencial, y con alimento disponible y temperatura adecuada en unos ciclos reproductivos muy cortos.
El funcionamiento normal de un motor diésel calienta el combustible, ya que el circuito es el siguiente:  “La bomba de aspiración succiona combustible del depósito a través de una rejilla filtrante, que se encuentra en el extremo del tubo de aspiración. Este combustible llega a través de un primer filtro que elimina las impurezas más gruesas que lleva en suspensión el gasóleo. Después la bomba lo mandaría al filtro del combustible y de ahí pasaría a la bomba de inyección, que lo mandaría a los inyectores. La bomba de alimentación normalmente trabaja con presiones en torno a 1 ó 2 Kg/cm2. y en cantidad suficiente, siendo una válvula de descarga la que regula dichas presiones, teniendo una canalización de retorno para el combustible sobrante que va de vuelta al depósito”. Una vez calentado por su paso por el motor, el carburante constituye un templado y perfecto caldo de cultivo en el que crecen y se extienden estos seres microscópicos, formando colonias y produciendo residuos de textura gelatinosa, infectando el gasóleo y recubriendo las paredes del depósito, las conducciones y los filtros. Además, tienen efectos corrosivos sobre algunos metales como aluminio y aleaciones de acero y por su estado gelatinoso, obstruyen los circuitos de combustible y elementos filtrantes, ocasionando pérdidas de potencia en los motores y averías, que si no se detectan a tiempo son graves y caras, sobre todo las causadas por la corrosión. 

(5)


En total unas 30 especies diferentes son capaces de vivir y multiplicarse en el gasóleo.

Este tipo de problemas, que antes de 2008 ocurría casi únicamente en el ámbito de las embarcaciones, se está extendiendo a la automoción, pero está cogiendo por sorpresa a usuarios y mecánicos que corrigen los síntomas con una limpieza, sin saber realmente, en muchos casos, el origen: ‘Un ser vivo sobre un carburante de nueva formulación’ que es más propenso a albergar vida, y que le sirve de alimento. Además si no hay un tratamiento con ‘medicación’, el problema se repetirá periódicamente, ya que solo es cuestión de tiempo que las bacterias vuelvan a multiplicarse.

Advierto que con esto no invito a que seamos unos ‘manitas’ y solucionemos estos problemas haciendo gala de un “Do it yourself”; si leen el etiquetado de un biocida comercializado para este fin, avisa que hay que tomar numerosas precauciones para manipular estos productos y que, si por ejemplo, el producto contacta con nuestra piel, acudamos al médico. Mucho cuidado.

Mención aparte merecen las explotaciones agrícolas que se abastecen de gasóleo al por mayor y que son muy susceptibles a este problema debido a que las máquinas funcionan durante temporadas, quedando el gasóleo almacenado y sin renovación largos periodos de tiempo. Caso de que se contamine un gran depósito, se ‘contagia’ a toda la maquinaria a la que suministra, ocasionándoles problemas en los caros y vitales sistemas de inyección.

Sedimentos producidos por microorganismos en el gasóleo.
  Filtros obstruidos.

Corrosión en depósito de aluminio causada por microorganismos.

Los FAME, también tienen detractores por otros motivos, por ejemplo en Estados Unidos la asociación de fabricantes de motores, se ha quejado de lo que ellos consideran una incongruencia, dado que después de años de esfuerzos y gastos en Investigación & Desarrollo en eficiencia y reducción de emisiones, la utilización por ley de los carburantes biodiésel les ha hecho retroceder notablemente por los problemas técnicos e incompatibilidades que se han presentado en el funcionamiento de los motores. El siguiente documento recoge estas quejas:

En los foros de automoción de todos los países que usan biodiésel, se leen numerosas historias de problemas de usuarios de vehículos diésel, sobretodo, con motores modernos dotados de tecnología electrónica y de alto rendimiento, supuestamente por la alimentación con FAME, aunque en muchos de los casos es debido a un mal uso, ya que hay fabricantes de automóviles que en sus manuales limitan el uso de los FAME. En  ocasiones, las causas de las averías, son las infecciones anteriormente descritas, es decir las causadas por microorganismos. Otra averías se deben al mayor poder oxidante de los FAME, lo que les da mas poder disolvente, atacando y ablandando las juntas y sellos de goma. También se apunta como causa de la aparición de mayor numero de averías, a la reducción del azufre permitido en la mezcla, que actuaba como lubricante, hasta un máximo de 10 mg/Kg y que  debería ser compensado por el mayor poder lubrificante del FAME.

Problemas de inyección usando biodiésel (6).

Además la presencia de agua normalmente puede darle al carburante unas propiedades de lubricidad menores, acortando la vida de piezas móviles. También tiene desventajas por la coquización de inyectores y por la mayor dilución del lubricante, por lo que se recomiendan cambios de aceite en periodos más cortos que para un gasóleo fósil.

Curiosamente las nuevas tecnologías en los motores, lo que precisamente consiguen es reducir las emisiones aumentando la eficiencia. Sin embargo, las averías se presentan al parecer por ser más vulnerables a estos cambios de composición de los FAME, por lo que los usos deben ser lo más escrupulosamente correctos según el fabricante del motor, lo cual para un conductor estándar se torna complicado.

La industria de los biocarburantes es reciente, y la ley de Murphy ha hecho su aparición. De momento, algunos fabricantes de aditivos, están desarrollando y comercializando productos para combatir las nuevas amenazas a los usuarios de motores diésel (y sus doloridos bolsillos), con tratamientos de biocidas de amplio espectro, compatibles con la mecánica y que sirven para prevenir y ’curar’ estas infecciones. También se pueden usar caros aditivos para micronizar el agua y así evitar que aniden las bacterias. Según fuentes del sector, desde la implantación de la mezcla de biodiésel, ha aumentado mucho la demanda de los productos biocidas para los automóviles. Seguramente, en poco tiempo esta industria conseguirá  solucionar estos problemas, (probablemente con un encarecimiento de los productos) pero actualmente es una tarea que resolver.

Merece la pena citar que el boletín del estado que regula los biocarburantes, http://www.boe.es/boe/dias/2006/02/17/pdfs/A06342-06357.pdf,  ya citaba expresamente la posible presencia de agua en las instalaciones de almacenamiento de mezcla de gasóleo con biodiésel, al ser esta mezcla más propensa a absorber humedad y a contenerla disuelta. Y es que la presencia de agua es el origen de problemas de contaminación biológica, corrosión y disminución de la capacidad lubricante.

También recomiendo la lectura del informe elaborado por la AOP con la colaboración técnica de Deloitte, en que se planteaban ‘graves problemas’ a la implantación de los biocarburantes en España, entre ellos a causa de las incompatibilidades de muchas de las motorizaciones existentes con mezclas superiores al 5% de FAME. Además, advierte de que: “la seguridad jurídica no se garantiza ya que no se fijan unos requerimientos concretos de calidad y no se asegura la correcta información al cliente final.”

Cito también el resumen del proceso de fabricación del biodiesel, publicado por el miembro del Debate de la energía en Facebook, Armand Valeta Roig, el cual es ingeniero químico de formación y que lo describió con el siguiente párrafo: 



“Los biodiesel son ésteres metílicos de ácidos grasos obtenidos por transesterificación de aceites vegetales (triglicéridos) mediante metanol y un catalizador p.e. metilato sódico. Los subproductos de la reacción son muy difíciles de eliminar al 100% y tanto el metanol residual, aceite no reaccionado, glicerina, como el metilato son veneno para los motores, pueden oxidarse y provocar corrosión y carbonilla, además contienen cierta cantidad de humedad muy difícil de eliminar y ahora sólo faltan las bacterias anaeróbicas.” 

Y ya saben, si algo puede salir mal ...

Con toda esta exposición sólo he pretendido mostrar que el desarrollo e implantación de nuevas soluciones no es tan fácil como parece, apareciendo problemas de difícil previsión, cuya resolución también tendrá un coste energético extra y mostrarán los limites de la aplicación. En este caso, dada la baja TRE, si aparecen problemas que resuelves con mayor consumo de energía, prácticamente solo ‘trasladas’ la energía empleada en la producción al biodiesel elaborado, convirtiéndolo en un vector energético, no en una fuente de energía.

¡Mal balance!

Rafael Iñiguez Sánchez,
Enero de 2012.


Fuentes y referencias:

(1) FAME, abreviatura de “Fatty Acid Methyl Esther”.
(2) B7, y objetivo B10
(3) Tripartite Task Force: Brazil, European Union & United Estates of America 2007. “White Paper on Internationally Compatible Biofuel Standards”.
(4) El grado de insaturación de una grasa, esto es el número de enlaces dobles, normalmente se expresa en términos de “índice yodo de la grasa”.
(5) http://www.boatwide.es/acatalog/Grotamar71_ES_BWSL.pdf
(6) http://www.wearcheckiberica.es/documentacion/doctecnica/combustibles.pdf
http://www.appa.es/descargas/una_obligacion_biocarburante_espana_mar07.pdf
http://www.marabierto.eu/noticias/grotamar-82-especial-biodiesel
http://www.acbiodiesel.net/docs/news/BOE_4_sep_2010.pdf   (modificación al 7%)
http://www.boe.es/boe/dias/2011/10/20/pdfs/BOE-A-2011-16468.pdf  (desulfuración)
Normas de calidad del biodiesel
http://www.biodieselspain.com/2011/02/25/el-gasoleo-debera-contener-un-7-de-biodiesel/  (modificación al 7%)
http://www.caminoseuskadi.com/Demarcacion/Actividades/Biomasa/Biocombustible
http://www.biocarburante.com/
http://www.ambisol.es/index.php?Tema=detallen&id=863
http://www.ambisol.es/index.php?Tema=detallen&id=765
http://biodiesel.com.ar/3067/biodiesel-en-espana-la-planta-de-biodiesel-de-linares-echa-el-cierre-tras-captar-24-millones-de-euros
http://www.biocarburante.com/biocombustibles-en-espana-informe-de-situacion/
http://www.wearcheckiberica.es/boletinMensual/PDFs/ESPECIFICACIONES_DEL_GASOLEO_Y_BIODIESEL.pdf
http://www.aop.es/informes/biocombustibles/Dossier_AOP_biocombustibles_version_final.pdf
http://www.boe.es/boe/dias/2008/10/14/pdfs/A41170-41175.pdf
http://www.mecarun.es/uploads/ANTI BACTERIAS para GASOIL%281%29.pdf