Proyecto JatrophaProducción de biocombustible alternativo

Introducción El uso indiscriminado de combustibles fósiles está

provocando un deterioro lento pero constante del planeta.

Por lo que desarrollar nuevas formas de energía se ha vuelto una acción prioritaria para dejar la dependencia de combustibles fósiles.

El cultivo de la Jatropha para la extracción de aceite y su procesamiento para la producción de Biodiesel .

El biodiesel es un biocombustible liquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiesel o gasóleo obtenido del petróleo.

Biodiesel

El apoyo para el uso de energías alternativas se ha visto impulsado en los últimos tiempos debido al rápido agotamiento de los combustibles fósiles.

La región donde se instalara la zona de cultivo y la planta de producción se vera beneficiada por el impulso a la actividad agrícola y la generación directa e indirecta de empleos.

Justificación del Proyecto

El uso de biocombustible disminuirá la dependencia de combustible fósil por lo que las reservas de este se mantendrán.

El precio del biodiesel será inferior al diesel oíl por lo que la rama transportista se vera beneficiada.

La contaminación ambiental disminuirá beneficiando a la población en general

Beneficios

Para poder realizar este proyecto necesitamos comprender:

1) Información técnica de la Jatropha Curcas.

2) Conocer la localización para la plantación y cultivación.

3) Procesos de plantación, cuidados, recolección.(obtención de la materia prima)

4) Proceso de refinación extracción de aceite transesterificación para la creación de Biodiesel.(maquinaria y procesos).

5) Personal que es necesario para llevar a cabo este proyecto

¿Qué necesitamos ?

Jatropha curcas, conocida como piñón de tempate o jatrofa.

Nativa de América Central

Las semillas contienen un aceite no comestible, que se puede utilizar directamente para aprovisionar de combustible a lámparas y motores de combustión o se puede transformar en biodiesel, mediante un proceso de transesterificación

Información técnica de la Jatropha Curcas.

La Jatropha curcas. es un arbusto o árbol pequeño de 2 a 6 m de altura con corteza blanco-grisácea, que exuda un látex translúcido.

Fruto: Las cápsulas de los frutos son de 2.5 a 4 centímetros de largo por 2 centímetro de ancho, elipsoidales y lisas que cuando maduran van cambiando a amarillas.

MORFOLOGÍA VEGETAL

Se producen los frutos en invierno cuando el arbusto bota sus hojas, puede producir varias cosechas durante el año si la humedad de la tierra es buena y las temperaturas son suficientemente altas. Cada inflorescencia rinde un manojo de aproximadamente 10 frutos ovoides o más. El desarrollo del fruto necesita 90 días desde la floración hasta que madura la semilla.

Semillas: En promedio el peso de 1000 semillas es aproximadamente 500g, contiene aproximadamente 50-60% de aceite, 30-32% de proteína y 60-66% de lípidos.

La cáscara es aproximadamente 43% de la semilla y el grano 57% del cual el 30% es grasa cruda.

Su producción anual promedio es de 5 toneladas por hectárea.

Los rangos de producción de semilla de aproximadamente 0.4 toneladas por hectárea por año hasta por encima de 12 t / ha.

La planta empieza dando la semilla en un período máximo de dos años después de plantar.

Crecimiento en cualquier tipo de tierra. No tiene ningún insecto, enfermedad o predador

(ganado u oveja) que representen una amenaza total. Puede sobrevivir períodos largos de sequedad. Puede producirse en áreas con baja lluvia (200 mm por

año). La propagación es fácil. Produce frutos después del primer año, se estabiliza

en su producción en el quinto año y continúa durante 25-30 años produciendo frutos de buena calidad.

Produce muchos productos y subproductos que pueden ser aprovechables.

Las principales bondades de la planta Jatropha curcas son:

Produce cosechas con facilidad Recupera suelos infértiles Emplea mano de obra con poca preparación Genera empleos fijos en el campo Puede cosecharse de 5 a 6 meses ( en el

caso de su trasplante) ; 1 año en caso de siembra.

Rendimiento por hectárea: 3000 kilogramos de semilla con un rinde de 1.800 kilogramos de aceite vegetal (Terrenos áridos).1600 L de biodiesel aprox.

Su cosecha puede ser anticipada mediante el riego de la plantación

Convive con otras plantas en un mismo ambiente

Requiere poca inversión Un solo trabajador puede cuidar una

extensa parte del cultivo

Planta productora y plantación:

Libres, Puebla, México. Municipio ubicado en la zona centro norte

del estado  Topografía:

Zona poniente: Llanura y montañosa Zona oriente: Planicie de origen lacustre

Localización

La llanura se encuentra a 2360 m/ nivel marítimo Cuenta con manantiales naturales y arroyos originados

en la sierra vecina

Tipo de agricultura:

De grandes extensiones. Principales cultivos son la cebada, el maíz, el tomate, la papa y alfalfa.Zona montañosa: De pequeños espacios. Se cultiva haba, calabaza, avena, maíz, frijol y alfalfa.

Aprovechando arroyos para riego del rio grande

Clima: Semifrío subhúmedo con lluvias en verano

Tipo de suelo: arenoso Mezcla de urbanización, comunicación y

grandes extensiones para el cultivo.

Trasplante de Jatropha procedentes de: Colonia Yucatán, Yucatán. (Donativo Gubernamental)

Segunda Opción. Precio de planta de Jatropha: Oscila entre

los $100 m.n.

Plantación

1. Establecimiento de 30 hectáreas iniciales.

A partir de la primer cosecha gran parte de la semilla se usara para se expandir a 1000 hectáreas

2. Promedio de 2500 plantas por hectárea (2m x 2m entre cada planta), mas un 10% para cubrir perdidas en el proceso

3. Total de 75000 plantas (Iniciales)

Diseño del área a sembrar:

Deshierba básica Fertilización: A base de materia orgánica

para mayor retención de humedad. Poda de fructificación antes de la

temporada de lluvias

Preparación del terreno

La localización de la plantación es idónea ya que en la región se cuentan con vías de comunicación de gran fluencia rios cercanos y es un área que comunica la región del Golfo con el Centro del país.

Planta de procesamiento

La primera etapa en el proceso de producción de biodiesel es la extracción del aceite. Dependiendo de la escala de producción, la etapa de extracción se hace de la siguiente manera:

A pequeña escala, las frutas se limpian manualmente para retirarles materiales grandes como palos, tallos, hojas, basura, etc.. Después se le quita la cáscara. Cuando se usan semillas, pueden ser calentadas antes de prensarlas. Las prensas pueden ser manuales o de motor.

El aceite fresco que se obtiene del prensado puede estar contaminado con pequeñas partículas de pulpa, y hay que quitarlas ya sea esperando a que se asienten o filtrándolas.

Extracción de aceite transesterificación

A gran escala se extrae el aceite con solventes. Este proceso es más eficiente pero más costoso.

Primero los frutos de jatropha se secan hasta tener un contenido de humedad de 5% a 7%. El ajuste de humedad es importante ya que si es más alta o baja de la que es óptima se dificulta la penetración del solvente con resultados bajos en la obtención de aceite.

Después las semillas se compactan y se calientan hasta 80º C agregándoles el solvente. El calentamiento es importante porque desactiva microorganismos presentes en el aceite y evita el coagulamiento de proteínas.

Normalmente se usa hexano como solvente por su disponibilidad y bajo precio. La solución con aceite y solvente se somete a un proceso de destilación para su separación. El solvente puede ser reutilizado en el proceso.

La extracción con solvente produce un aceite con una pureza mayor, pero la extracción mecánica tiene un mayor rendimiento, como se muestra en la siguiente tabla.

A continuación se presenta una descripción detallada de la transesterificación y los pasos que le siguen. En esta parte del proceso se remueven sustancias indeseables como fosfatos, ceras, ácidos grasos libres, tocoferoles, colorantes, humedad, aldehídos, acetonas, etc. con el fin de producir un biodiesel con las propiedades físicas y químicas adecuadas. Durante esta etapa se pierde entre un 4% y 8% del aceite.

transesterificación

El primer paso es la remoción de fosfátidos o desgomado por la adición de ácido fosfórico o cítrico. Esto es necesario ya que los fosfátidos provocan turbidez y promueven la acumulación de agua.

El segundo paso es la neutralización de los ácidos grasos libres con un catalizador básico (normalmente hidróxido de sodio). Esto produce jabón, que es insoluble con el aceite y es fácilmente separado por lavados con agua. En este paso también se remueven fenoles, compuestos grasos oxidados y metales pesados.

El tercer paso es la remoción de colorantes que se hace por medio de materiales adsorbentes tales como: tierras diatomeas, sílica gel y carbón activado. Este paso mejora la capacidad de almacenamiento del biodiesel.

En el cuarto paso se retiran sustancias tales como aldehídos y cetonas que provocan olores no deseados por medio de destilación con vapor.

En el último paso, la deshidratación, se reduce el contenido de agua remanente en el biodiesel, a través de la destilación a baja presión o por absorción con nitrógeno.

PROYECTO BIODIESEL 2011.avi

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN. La capacidad de materias primas en la etapa de

expresión y extracción es de 100 ton. métricas por 24 horas.

La capacidad de la planta de refinación del crudo de aceite vegetal es 40 ton. métricas por 24 horas.

MATERIAS PRIMAS. Semillas de jatropha curcas Ácido fosfórico. Hexano normal. Soda cáustica (o ceniza de soda) Arcilla activa.

Producción y Maquinaria

MAQUINARIA Y EQUIPO.TRATAMIENTO Y EXTRACCIÓN DE LAS SEMILLAS DE ACEITE. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Desgranadora.                                                                       1 Transportador.                                                                       1 Separador de hierro.                                                              1 Tolva medidora.                                                                    1 Descascaradora.                                                                    1 Calentador de semillas.                                                         3 Expulsador de aceite.                                                            3 Filtro de presión.                                                                   1 Cocina para la harina.                                                           1 Transportador de la pasta de harina.                                     1 Rodillo de rotura.                                                                  1 Exprimidor de celdas rotativo.                                              1 Caldera de vapor.                                                                  1 Recolector de harina.                                                            1 Equipo recuperador de solventes.                                         1 Calentador.                                                                            1

REFINACIÓN DEL ACEITE. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Separador hermético.                                                            2 Separador de agua.                                                               

1 Mezcladora acondicionador de goma.                                   1 Mezcladora de neutralización.                                               1 Lavadora.                                                                              1 Calentador.                                                                            1 Secador al vacío.                                                                   1 Tanque de procesamiento de agua pura.                               

1 Deminizer.                                                                             1

BLANQUEADO DEL ACEITE. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Depósito almacenador de arcilla.                                          1 Tanque mezclador de arcilla.                                                1 Cambiador de calor.                                                              1 Blanqueador.                                                                         1 Filtro de presión.                                                                   1 Bomba al vacío.                                                                    1DEODORIZACIÓN. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Deodorizador.                                                                       1 Recipiente de ácido graso.                                                    1 Bomba al vacío.                                                                    1 Caldera de alta presión de vapor.                                         1 Tanque medidor.                                                                    1

COMÚN. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Tanque almacenador de crudo de aceite.                               2 Tanque almacenador de aceite refinado.                               2 Tanque suministrador de agua industrial.                              1 Tanque de almacenamiento de agua atenuada.                       1 Camión de balanza pesadora.                                                1TRATAMIENTO Y MOLDEO DE LA HARINA. ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Enfriador de la harina.                                                           1 Cubeta elevadora.                                                                  1 Tamizadora.                                                                           1 Martillo moledor.                                                                  1 Tolva.                                                                                    1 Moldeadora.                                                                          1 Enfriadora de las bolitas de harina.                                       1 Separador de tamaños de la harina.                                       1 Balanza automática.                                                               1 Máquina cosedora de las bolsas.                                           1

EQUIPO DE INSPECCIÓN Y PRUEBA.                         ITEMS.                                              N° DE MÁQUINAS. Equipo de destilación Kehdahl.                                             1 Titulador o valorizador de nitrógeno.                                    1 Equilibrador de humedad.                                                     1 Extractor Soxlate.                                                                  1 Metro Tindhal.                                                                       1 Refractómetro.                                                                       1 Metro fotoeléctrico.                                                               1 Cromatográfico de absorción atómica.                                  1 Cromatográfico de líquidos de alta performance.                 1 Aparatos de agua altamente pura.                                          1GASTOS GENERALES DE PLANTA. Consumo de energía eléctrica:   1,500 Kwh. Requerimiento de agua industrial:  50 m3 / hora. Vapor: Alta presión:  60 Kg / cm2 – 1,000 Kg / hora.             Baja presión:  8 Kg / cm2 – 10,000 kg / hora.

TERRENO Y AREA DE LA PLANTA. Fábrica:  100 m x 150 m = 15,000 m2. Almacén:  28 m x 28 m = 784 m2. Oficina y laboratorio:  42 m x 12 m = 504 m2. Área total de la planta: 200 m x 160 m = 32,000 m2.

REQUERIMIENTO DE MANO DE OBRA.             CLASIFICACIÓN DEL TRABAJO.             

PERSONAS/TURNO. Gerencia.              15Operadores.           90 TOTAL                     105

Planta y Personal

El número de trabajadores dependerá de el tamaño de la industria número de maquinas etc.

Ing. Mecánico y Eléctrico. Ing. Químico. Ing. Electrónico. Operadores de maquinaria. (Nivel técnico) Operadores de transporte. Recolectores. Sembradores. Contador.

Relacion de costos Planta de BiodieselCOSTOS PROVENIENTES DEL CAPITAL Se consideraron tres rubros:

La planta de biodiesel. Los costos del terreno periférico a la planta.

(Si se va a cosechar la Jatropha) Los costos de desarrollo e ingeniería.

Conceptos de referencia para el promedio de inversión de capital total

Concepto de referencia

Materia primaCapacidad

(toneladas al año)

Inversión de capital en la

planta (miles de pesos)

Costo de la tierra (miles de pesos)

Inversión de capital total (miles de pesos por mega watt de bio-combustible)

Planta agrícola de biodiesel con prensa (pequeña escala)

Semillas oleaginosas

3,600 11,800 1,040 2,100

Planta industrial de biodiesel con prensa (gran escala)

Semillas oleaginosas

93,750 310,900 23,550 2,590

Planta industrial de biodiesel (gran escala)

Aceite vegetal 93,750 184,800 6,540 1,490

COSTOS RELACIONADOS AL CONSUMO

Tipo de materia prima

Precio de mercado /costos

NotasRango (pesos por tonelada)

Dato empleado para el cálculo de

costos (pesos mexicanos)

FrutosProducción

privadaSin

producción comercial

Palma africanaJatropha

487 a 6271,660

5601,660

Aceite vegetal crudoPrecio en México

Sin producción comercial

Palma africanaJatropha

3,270 a 4,750No disponible

4,0103,800

Son aquellas que se requieren para procesar el aceite y convertirlo en biodiesel. Incluye al proceso de esterificación.

Metanol (CH3OH): 3,630 pesos.

Ácido sulfúrico (H2SO4): 1,330 pesos.

Hidróxido de potasio (KOH): 9,970 pesos.

PRECIOS DE SUSTANCIAS AUXILIARES Y ENERGÍA

Metilato de sodio (NaOCH3 en H3OH): 8,310 pesos.

Electricidad: aproximadamente: 0.75 pesos por kWhel.

Gas natural (producción en gran escala): 75 pesos por MJ.

Diésel (producción en pequeña escala): 5.50 pesos por litro

Derrama por gastos en personal, sueldos, salarios, etc ( gasto aprox.)

Plantas agrícolas: 81.000 pesos al año. Plantas industriales: 121,500 pesos al año.

SEGURO Y SERVICIOS

Un 1% de la inversión de capital.

PERSONAL

Aprox. 0.34 pesos por litro.

COSTO FINAL Y COMPARACIÓN CON EL PRECIO DEL DIÉSEL PEMEX

Con base en los costos presentados, se calculó el costo final del biodiesel

TRANSPORTE DEL PRODUCTO FINAL

Como puede observarse el precio de las materias primas es el componente de costo de mayor importancia ya que contribuye con una proporción que va del 59% AL 91% (en caso de su compra) del costo total.

La siguiente tabla muestra los precios internacionales del biodiésel en dólares por litro.

Mes 2010 Precio USD

Mayo $0.97

Junio $0.98

Julio $1.06

Agosto $1.06

Septiembre $1.13

Octubre $1.22

Noviembre $1.31

Diciembre $1.49