Estudio de la producción de biodiésel a partir de especies arvenses presentes en cultivos de Aguascalientes, México

Contenido principal del artículo

José Alonso Dena Aguilar
Arturo Díaz Ponce
Claudio Frausto Reyes
Francisco Villanueva Mejía
Edgar Zacarías Moreno

Resumen

Objetivo: analizar a nivel laboratorio el rendimiento de producción de biodiésel por transesterificación del aceite vegetal extraído de especies arvenses crecientes en terrenos de cultivos locales en Aguascalientes, México.


Diseño Metodológico: el estudio se centró en evaluar el rendimiento de producción de biodiésel por transesterificación del aceite vegetal extraído de las especies arvenses Bidens ferulifolia (Jacq.) DC., Tithonia tubaeformis (Jacq.) Cass. y Bidens sambucifolia (Cav.). La extracción del aceite se realizó mediante un diseño L9(34) empleando alcoholes y alcanos como solventes. La transesterificación se efectuó bajo un diseño L4(23) empleando NaOH y metanol como catalizador y alcohol en exceso, respectivamente. Las muestras del biodiésel obtenido fueron caracterizadas por espectroscopia Raman y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). 


Resultados: en los espectros de FTIR y de Raman del biodiésel obtenido se observaron picos a un numero de onda de 1740 cm-1 y de 1450 cm-1, respectivamente, los cuales corresponden al grupo C=O del éster convencional presente en los ésteres metílicos de ácidos grasos del biodiésel. Lo anterior, confirma que se logró producir biodiésel de las especies arvenses de estudio con rendimientos de producción entre 10.3 y 15.3%.


Limitaciones de la investigación: este es uno de los primeros estudios que aporta información sobre la capacidad de producción de biodiésel de las especies arvenses seleccionadas.


Hallazgos: se logró producir biodiésel a partir de la transesterificación del aceite vegetal extraído de las especies arvenses seleccionadas. No obstante, se justifica la realización de futuras investigaciones para mejorar los rendimientos de producción de biodiésel.

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Detalles del artículo

Cómo citar
Dena Aguilar, J. A., Díaz Ponce, A., Frausto Reyes, C., Villanueva Mejía, F., & Zacarías Moreno, E. (2024). Estudio de la producción de biodiésel a partir de especies arvenses presentes en cultivos de Aguascalientes, México. Entreciencias: Diálogos En La Sociedad Del Conocimiento, 12(26), 1–16. https://doi.org/10.22201/enesl.20078064e.2024.26.87733

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Biografía del autor/a

José Alonso Dena Aguilar, Tecnológico Nacional de México Campus Pabellón de Arteaga

 

Doctor en Ciencias Biológicas, profesor-investigador en el Tecnológico Nacional de México, campus Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, adscrito al Departamento de Ingeniería y Estudios de Posgrado. Sus intereses de investigación incluyen la conversión de energía, la automatización de procesos, la síntesis de polímeros, la simulación y modelado utilizando técnicas de inteligencia artificial. Dena-Aguilar es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Nivel I.

Arturo Díaz Ponce, Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.

Recibió una licenciatura en ingeniería electrónica y una maestría en ciencias en ingeniería eléctrica del Instituto Tecnológico de Aguascalientes, Tecnológico Nacional de México Campus, y un doctorado en control automático del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. Además, realizó una estancia de investigación en el Centro de Domótica Integral de la Universidad Politécnica de Madrid. Actualmente es investigador del CONAHCYT con el Grupo de Investigación e Ingeniería en Energía Solar del Centro de Investigaciones en Óptica, A.C., Unidad Aguascalientes. Ha trabajado en temas relacionados con sistemas fotovoltaicos de alta concentración, seguimiento solar de uno o dos ejes, sensores solares de bajo costo, algoritmos de seguimiento solar y sistemas de control. Díaz-Ponce es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Nivel I.

Claudio Frausto Reyes, Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.

Doctor en Ciencias Ópticas, investigador en el Centro de Investigaciones en Óptica, Unidad Aguascalientes, especializado en espectroscopía. Frausto-Reyes es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Nivel I.

Francisco Villanueva Mejía, Tecnológico Nacional de México Campus Pabellón de Arteaga

Doctor en Ciencias Químicas, profesor-investigador en el Tecnológico Nacional de México, campus Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, adscrito al Departamento de Ingeniería y Estudios de Posgrado. Su investigación se centra en cálculos teóricos basados en la teoría del funcional de la densidad y la dinámica molecular, principalmente en nanomateriales de baja dimensionalidad para la detección, adsorción y eliminación de contaminantes. Villanueva-Mejía es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Nivel I.

Edgar Zacarías Moreno, Tecnológico Nacional de México Campus Pabellón de Arteaga

Profesor e investigador en el Tecnológico Nacional de México, campus Pabellón de Arteaga (ITPA), con principales contribuciones a la Facultad de Ingeniería en Mecatrónica. Ingeniero Electrónico de profesión, estudiando la Maestría en Manufactura Avanzada con especialización en Automatización de Procesos Industriales. Autor de investigación para el diseño y construcción de un reactor pirolítico de 20L de capacidad para la producción de combustible y su aplicación en la industria del reciclaje de plásticos, un proyecto desarrollado con fondos del ITPA y con la colaboración de una micro refinería. Colaborador en la investigación para el diseño y construcción de grúas para discapacitados, contribuyendo a la automatización de mecanismos. Trabaja en la investigación para desarrollar y automatizar una máquina utilizada para la desinfección de ajo usando LED UV-C.

Citas

Adekunle, A. S., Oyekunle, J. A. O., Oduwale, A. I., Owootomo, Y., Obisesan, O. R., Elugoke, S. E., Durodola, S. S., Akintunde, S. B., and Oluwafemi, O. S. (2020). Biodiesel potential of used vegetable oils transesterified with biological catalysts. Energy Reports, 6, 2861-2871. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.10.019

Ahmad, Z., Mulk-K., S., Abd_Allah, E. F., Abdullah-A., A., and Hashem, A. (2016). Weed species composition and distribution pattern in the maize crop under the influence of edaphic factors and farming practices: A case study from Mardan, Pakistan. Saudi Journal of Biological Sciences, 23, 741-748. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.sjbs.2016.07.001

Analuisa-Mero, S. J., Moreno-Ponce, L. A., García-Muentes, S. A., Cevallos-Cedeño, R. E., and García-Bowen, A. M. (2024). Obtaining glycerol from the transesterification of used edible oils. Minerva Journal, 5(13), 69-78. DOI: https://doi.org/10.47460/minerva.v5i13.153

Atabani, A. E., Shobana, S., Mohammed, M. N., Uğuz, G., Kumar, G., Arvindnarayan, S., Aslam, M., and Al-Muhtaseb, A. H. (2019). Integrated valorization of waste cooking oil and spent coffee grounds for biodiesel production: Blending with higher alcohols, FT–IR, TGA, DSC and NMR characterizations. Fuel, 244, 419-430. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.01.169

Ashine, F., Kiflie, Z., Prabhu, S. V., Tizazu, B. Z., Varadharajan, V., Rajasimman, M., Joo, S.-W., Vasseghian, Y., and Jayakumar, M. (2023). Biodiesel production from Argemone mexicana oil using chicken eggshell-derived CaO catalyst. Fuel, 332 (Part 2),126166. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126166

Baeten, V., Fernández-Pierna, J. A., Dardenne, P., Meurens, M., García-González, D. L., and Aparicio-Ruiz, R. (2005). Detection of the presence of hazelnut oil in olive oil by FT-Raman and FT-MIR spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 53, 6201-6206. DOI: 10.1021/jf050595n

Bateni, H., Karimi, K., Zamani, A., and Benakashani, F. (2014). Castor plant for biodiesel, biogas, and ethanol production with a biorefinery processing perspective. Applied Energy, 136, 14-22. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.09.005

Bateni, H., and Karimi, K. (2016). Biodiesel production from castor plant integrating ethanol production via a biorefinery approach. Chemical Engineering Research and Design, 107, 4-12. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.08.014

Blanco, Y., and Leyva, Á. (2010). Abundancia y diversidad de especies de arvenses en el cultivo de maíz (Zea mays, L.) precedido de un barbecho transitorio después de la papa (Solanum tuberosum L.). Cultivos tropicales, 31(2), 12-16. Retrieved from http://hdl.handle.net/10261/226100

Calle-Chumo, R. N., Calle-Chumo, D. A., Gallegos-Peredo, A. S., and Jarrín-Oseguera, P. I. (2023). Influence of the solvent on the extraction of phenolic compounds from coffee grounds via Soxhlet leaching. Ingeniería e Investigación, 43(1), e97521. DOI: http://doi.org/10.15446/ing.investig.97521

Campos-Martín, J. M., Chica, A., Domine, M. E., García, T., Pawelec, B., Pinilla, J. L., Rojas, S., Serra, J. M., and Suelves, I. (2020). Biofuels. Boletín del Grupo Español del Carbón, 58, 38-44. Retrieved from http://hdl.handle.net/10261/226100

Cavelius, P., Engelhart-Straub, S., Mehlmer, N., Lercher, J., Awad, D., and Brück, T. (2023). The potential of biofuels from first to fourth generation. PLoS Biology, 21(3), e3002063. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002063

Chamola, R., Fazil-Khan, M., Raj, A., Verma, M., and Jain, S. (2019). Response surface methodology based optimized of in situ transesterification of dry algae with methanol, H2SO4 and NaOH. Fuel, 239, 511-520. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.11.038

ChemicalBook. (June 3, 2024). The polarity analysis of 1-Butanol. Retrieved from https://www.chemicalbook.com/article/the-polarity-analysis-of-1-butanol.htm

Concha-Herrera, V., Lerma-García, M. J., Herrero-Martínez, J. M., and Simó-Alfonso, E. F. (2009). Prediction of the genetic variety of extra virgin olive oils produced at La Comunitat Valenciana, Spain, by Fourier transform infrared spectroscopy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57, 9985-9989. DOI: 10.1021/jf901730p

Cunha, C. L., Luna, A. S., Oliveira, R. C. G., Xavier, G. M., Paredes, M. L. L., and Torres, A. R. (2017). Predicting the properties of biodiesel and its blends using mid-FT-IR spectroscopy and first-order multivariate calibration. Fuel, 204, 185-194. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2017.05.057

Fazil-Khan, M., Garg, A., Jain, S., Dwivedi, G., and Verma, T. N. (2020). Optimization of low-temperature transesterification of low FFA blend of sunflower oil and algae oil. Fuel, 118559. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118459

Firdous, S., Anwar, S., Waheed, A., and Maraj, M. (2016). Optical characterization of pure vegetable oils and their biodiesels using Raman spectroscopy. Laser Physics, 26, 046001. DOI: 10.1088/1054-660X/26/4/046001

Flores-Villamil, M. A., Méndez-Gallegos, S. de J., García-Herrera, E. J., Amante-Orozco, A., Gómez-González, A., Cabral-Arrellano, F. J., and Vasco-Leal, J. F. (2018). Plantas silvestres del centro-norte de México con potencial para la producción de aceite. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, 9(7), 1363-1376. DOI: https://doi.org/10.29312/remexca.v9i7.1672

Gore, R. C. (1972). Infrared spectral interpretation. USA: J. Huley Associates.

Graziottin, P. L., Rosset, M., Lima, D. dos S., and Perez-Lopez, O. W. (2020). Transesterification of different vegetable oils using eggshells from various sources as catalyst. Vibrational Spectroscopy, 103087. DOI: 10.1016/j.vibspec.2020.103087

Gutiérrez-Pulido, H, and De la Vara-Salazar, R. (2008). Análisis y diseño de experimentos. (2ª edición). México: McGraw-Hill Interamericana.

Guzmán-Mendoza, R., Hernández-Hernández, V., Salas-Araiza, M. D., and Núñez-Palenius, H. G. (2022). Diversity of weed species in three monocultures from Bajio, Mexico. Polibotánica, 53(27), 69-85. DOI: https://doi.org/10.18387/polibotanica.53.5

Hernández-Salazar, L. F. (2021). Diseño de un proceso a escala de laboratorio de transesterificación de aceite vegetal de malezas: análisis por diseños experimentales (Tesis de pregrado). Tecnológico Nacional de México Campus Pabellón de Arteaga, Pabellón de Arteaga, Aguascalientes, Mex.

Hoseini, S. S., Najafi, G., Moazzez, A. F., Hazrati, S., Ebadi, M. T., and Yusaf, T. (2020). Potential of Chrozophora tinctoria seed oil as a biodiesel resource. Applied Sciences, 10, 3473. DOI: 10.3390/app10103473

Jain, S., Kumar, N., Singh, V. P., Mishra, S., Sharma, N. K., Bajaj, M., and Khan, T. M. Y. (2023). Transesterification of algae oil and little amount of waste cooking oil blend at low temperature in the presence of NaOH. Energies, 16, 1293. DOI: https://doi.org/10.3390/en16031293

Kamaronzaman, M. F. F., Kahar, H., Hassan, N., Hanafi, M. F., and Sapawe, N. (2020). Analysis of biodiesel product derived from waste cooking oil using fourier transform infrared spectroscopy. Materials today: proceedings, 31, 329-332. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.06.088

Kiliç, M., Uzun, B. B., Pütün, E., and Pütün, A. E. (2013). Optimization of biodiesel production from castor oil using factorial design. Fuel Processing Technology, 111, 105-110. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2012.05.032

Lafont, J. J., Páez, M. S., and Torres, Y. C. (2011). Chemical Analysis of mixtures of biodiesel from used cooking oil and diesel by infrared spectroscopy. Información Tecnológica, 22(4), 35-42. DOI: 10.4067/S0718-07642011000400005

Melendez, J. R., Velasquez-Rivera, J., El Salous, A., and Peñalver, A. (2021). Gestión para la producción de biocombustibles 2G: revisión del escenario tecnológico y económico. Revista Venezolana de Gerencia, 26(93), 78-91. DOI: https://doi.org/10.52080/rvg93.07

Menéndez, A., Quiñonez, N., García, S., García, G., and García, A. (2023). Obtención y purificación de glicerina mediante la transesterificación a partir de grasa residual de los asaderos de pollo. MQRInvestigar, 7(1), 3-17. DOI: https://doi.org/10.56048/MQR20225.7.1.2023.3-17

Negrín, B. A., Pérez, R., Mazorra, C., and Gutiérrez, I. (2007). Biological control of weeds on guava (Psidium guajava) plantations through covers of leguminous. Avances en Investigación Agropecuaria, 11(2), 57-69. Retrieved from http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=83711206

O’Donnell, S., Demshemino, I., Yahaya, M., Nwadike, I., and Okoro, L. (2013). A review on the spectroscopy analyses of biodiesel. European International Journal of Science and Technology, 2(7), 137-146. Retrieved from https://www.academia.edu/7503887/A_review_on_the_Spectroscopic_Analyses_of_Biodiesel

Omeje, K. O., Ezema, B. O., Ozioko, J. N., Omeje, H. C., Ossai, E. C., Eze, S. O. O., Okpala, C. O. R., and Korzeniowska, M. (2022). Biochemical characterization of Soxhlet-extracted pulp oil of Canarium schweinfurthii Engl. fruit in Nigeria. Scientific Reports, 12, 10291. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14381-w

Onukwuli, D. O., Umeuzuegbu, J. C., U. de, C. N., and Nwobi-Okoye, C. C. (2020). Homogeneous catalyzed transesterification of neem seed oil to biodiesel and its kinetic modeling. Biofuels, Bioproducts & Biorefining. DOI: 10.1002/bbb.2171

Peng, L., Fu, D., Chu, H., Wang, Z., and Qi, H. (2020). Biofuel production from microalgae: a review. Environmental Chemistry Letters, 18, 285-297. DOI: https://doi.org/10.1007/s10311-019-00939-0

Polishchuk, V., Tarasenko, S., Antypov, I., Kozak, N., Zhyltsov, A., and Bereziuk, A. (2020). Investigation of the efficiency of wet biodiesel purification. E3S Web of Conferences ICoRES 2019, 154, 02006. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015402006

Ramírez, J., Buestán, L., López-Maldonado, E. A., and Pinos-Vélez, V. (2023). Preparation and physicochemical characterization of biodiesel from recycled vegetable oil in Cuenca, Ecuador by transesterification catalyzed by KOH and NaOH. Eng, 4, 954-963. DOI: https://doi.org/10.3390/eng4010056

Ramírez-Botero, C. M., Gómez-Ramírez, B. D., Suaterna-Hurtado, A. C., Martínez-Galán, J. P., Cardona-Zuleta, L. M., and Rojano, B. A. (2012). Contenido de compuestos polares totales en aceites de cocina previo uso más vendidos en Medellín (Colombi). Perspectivas en Nutrición Humana, 14(1), 59-69. DOI: https://doi.org/10.17533/udea.penh.10958

Rodríguez-Bustamante, J. I., Meza-Gago, D. J., and Gutiérrez-Rodríguez, I. C. (2022). Biodiesel production performance by transesterification from used soybean oil. Fides Et Ratio, 23(23), 149-175. Retrieved from http://www.scielo.org.bo/pdf/rfer/v23n23/v23n23_a08.pdf

Sánchez-Blanco, J., and Guevara-Féfer, F. (2013). Plantas arvenses asociadas a cultivos de maíz de temporal en suelos salinos de la ribera del lago de Cuitzeo, Michoacán, México. Acta Botánica Mexicana, 105, 107-129. Retrieved from http://hdl.handle.net/11336/25791

Sekhar, S. C., Karuppasamy, K., Vedaraman, N., Sathyamurthy, R., Vijayabalan, P., Elshiekh, A., Nadanakumar, V., and Manokar, A. M. (2021). Process optimization and characterization of manila tamarind seed oil extracted by the Soxhlet method. International Journal of Energy for a Clean Environment, 22(1), 31-52. DOI: 10.1615/InterJEnerCleanEnv.2020034890

Silverstein, R. M., Webster, F. X., and Kiemle, D. J. (2005). Spectrometric identification of organic compounds. (7th ed.). USA:Wiley.

Socrates, G. (2001). Infrared and Raman characteristic group frequencies: tables and charts. (3rd ed.). USA: Wiley.

Suzihaque, M. U. H., Alwi, H., Kalthum-Ibrahim, U., Abdullah, S., and Haron, N. (2022). Biodiesel production from waste cooking oil: a brief review. Materials Today: Proceedings, 63, S490-S495. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.04.527

Swathanthra, P. A., and Naik, M. M. (2022). Extraction of D-Limonene from sweet orange peels using simple distillation. International Journal of Research and Analytical Reviews, 9(3), 303-309. Retrieved from https://ijrar.org/papers/IJRAR22C2022.pdf

Tariq, M., Ali, S., Ahmad, F., Ahmad, M., Zafar, M., Khalid, N. and Khan, M. A. (2011). Identification, FT-IR, NMR (1H and 13C) and GC/MS studies of fatty acid methyl esters in biodiesel from rocket seed oil. Fuel Processing Technology, 92, 336-341. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.09.025

Tefera, T., Tesfaye, B., Misikir, O., and Tsegaye, G. (2018). Extraction and comparison of essential oil from neem seed by using Soxhlet extraction and simple distillation methods. International Journal of Engineering Technologies and Management Research, 5(9), 74-81. DOI: 10.5281/zenodo.1455798

Unruean, P., Nomura, K., and Kitiyanan, B. (2022). High conversion of CaO-catalyzed transesterification of vegetable oils with ethanol. Journal of Oleo Science, 71(7), 1051-1062. DOI: 10.5650/jos.ess21374

Vargas-Batis, B., Pupo-Blanco, Y. G., Fajardo-Rosabal, L., Puertas-Arias, A. L., and Rizo-Mustelier, M. (2014). Risk and benefits of three weed species in agricultural ecosystems. Ciencia en su PC, 1, 27-37. Retrieved from http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=181331235003

Varty, A. K., y Lishawa, S. C. (n.d.). Haciendo biodiésel de aceite vegetal usado. Retrieved from https://greenteacher.com/article%20files/haciendobiodiesel.pdf

Vávra, A., Hájek, M., and Kocián, D. (2021). The influence of vegetable oils composition on separation of transesterification products, especially quality of glycerol. Renewable Energy, 176, 262-268. DOI: https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.05.050

Woo, J., Joshi, R., Park, Y.-K., and Jeon, J.-K. (2021). Biodiesel production from jatropha seeds with bead-type heterogeneous catalyst. Korean Journal of Chemical Engineering, 38(4), 763.770. DOI: 10.1007/s11814-021-0759-7