Mediciones para un futuro de biodiesel

por Robert Ausura

ASTM International y el Instituto Nacional de Normas y Tecnologías (NIST por sus siglas en inglés) están trabajando en equipo para crear materiales de referencia estándar para biodiesel que pueden dar al mundo su primer sistema integral de medición para este prometedor combustible alternativo .

La paradoja del biodiesel es que su mayor ventaja presenta su desafío técnico más difícil. 

El biodiesel es un combustible diesel biodegradable no tóxico producido a partir de aceites vegetales y grasas animales. La mayoría de los biodiesel contienen tan poco azufre que mezclarlos con diesel de petróleo ayuda a los productores de combustible a cumplir con los requerimientos de diesel con contenido ultra bajo de azufre. Los fabricantes de motores prefieren la alta lubricidad y los cetanos del biodiesel (casi análogos a los octanos de la gasolina) por sobre el combustible diesel de petróleo. Y el biodiesel es un recurso totalmente renovable que podría minar en gran medida la confianza del mundo en el petróleo e impulsar el crecimiento económico en las naciones en desarrollo que carecen de otros recursos de combustible. Mejor aún, el biodiesel puede producirse a partir de casi cualquier material biológico que contenga grasa, desde semillas de soja y girasol hasta algas y cabezas de pescado.

"Ese es el desafío," dijo Robert Watters, Ph. D., jefe de la División de Servicios de Mediciones de NIST. "Cuando una piensa en sacar crudo de la tierra por bombeo y refinarlo, resulta sencillo por comparación, muy directo. Todo es casi a partir del mismo material de partida. Pero en el caso del biodiesel, tenemos este increíble rango de materias primas."

Como resultado, los combustibles biodiesel con composiciones químicas y características de desempeño diferentes pueden inundar fácilmente el mercado. Esto concierne a todos, desde los productores de combustible y los fabricantes de motores hasta los consumidores y reguladores. En respuesta, las organizaciones de desarrollo de normas del mundo, en primer lugar entre ellas ASTM International, el Comité Europeo de Normalización (CEN), el Instituto Alemán de Normalización (DIN) y el Instituto de Normas Británico, han desarrollado normas para el biodiesel. Las especificaciones resultantes y los métodos de prueba tienen  sorprendentes similitudes e importantes diferencias que deben ser resueltas.

Ellyn Beary, asesora científica principal de Chemical Science de NIST y Technology Laboratory, cita el valor del iodo en normas europeas actuales como ejemplo. "El valor del iodo se utiliza como indicación de estabilidad, y se especifica un límite superior en las normas europeas que se basa en el aceite de colza," agregó. "Sin embargo, si se fabrica un biodiesel que funciona igualmente bien en un motor pero proviene de otra fuente, como la soja, no cumplirá con la especificación." Los expertos técnicos de los Estados Unidos, la Unión Europea y Brasil están discutiendo en la actualidad esta especificación y otras en un esfuerzo por moverse hacia especificaciones mundiales compatibles.

Un commodity, muchas fuentes

Si el biodiesel está destinado a transformarse en un commodity que puede producirse con cualquier materia prima y mezclarse, comercializarse y utilizarse con confianza en cualquier lugar del mundo, entonces es necesario contar con una de las dos siguientes cosas: 1) una norma única universalmente aceptada para el biodiesel basada en especificaciones genéricas, o 2) la armonización de las normas utilizadas en el mundo. Ambas opciones confían en la uniformidad técnica, laboratorios de todas partes capaces de obtener resultados casi idénticos realizando pruebas equivalentes en muestras virtualmente idénticas de un material. Dicha uniformidad se basa en una metrología exacta y confiable, y ASTM y NIST están trabajando juntos, y con la comunidad normalizadora mundial, para lograr tenerla.

Desde mediados de los 90, los investigadores y productores de biodiesel han ayudado a tender las bases para una norma internacional sobre biodiesel a través de su participación en el Comité D02 de ASTM International sobre Productos de petróleo y lubricantes. Este esfuerzo dio como resultado primero una definición técnica del biodiesel basada en la química del combustible, luego la ASTM D 6751, Especificación para combustible biodiesel (B100) destinado a mezcla con combustibles destilados medios.  Publicada por primera vez en 2001 y revisada continuamente desde entonces, el D 6751 establece una especificación para biodiesel B100, 100 por ciento biodiesel que puede utilizarse sola o combinada con diesel de petróleo para producir mezclas tales como B10 (10 por ciento biodiesel, 90 por ciento petróleo), ya de amplio uso.

La D 6751 incluye requerimientos detallados para cada aspecto desde viscosidad, punto de inflamación, punto de enturbiamiento y estabilidad ante la oxidación hasta porcentajes de agua, glicerina y oligoelementos. La norma hace referencia a más de 40 métodos de prueba, especificaciones y guías establecidos para probar esas especificaciones. Sin embargo, la metrología detrás de la D 6751, y otras normas para biodiesel que se están utilizando en el mundo, es metrología desarrollada principalmente para materiales elaborados con petróleo. Y el biodiesel es un bicho (y un vegetal) bastante diferente. En consecuencia, las organizaciones en todo el mundo están compitiendo por ser las primeras en desarrollar una verdadera metrología para el biodiesel.

La carrera por la metrología

"Hay muchísima actividad internacional," dijo Beary, "porque quien establezca una metrología que utilicen todos o en la que se basen, tendrá una ventaja competitiva."  Con esto en mente, ASTM International se acercó a NIST para comenzar a desarrollar materiales de referencia estándar para biodiesel.

NIST, participante de toda la vida del Comité D02, desarrolló un SRM para el diesel con contenido ultra bajo de azufre. "En ese entorno técnico, hemos tenido reuniones y discusiones con la gente que está trabajando en biodiesel," dijo Bruce MacDonald, un cientifíco físico de la División de Servicios de Medición del NIST. Entre estas personas estaba Steve Howell, director técnico del Consejo Nacional de Biodiesel, la asociación comercial nacional que representa a la industria del biodiesel en los EE.UU. "Le invitamos a hablar a los científicos aquí en el NIST, y en febrero de 2007 hizo una presentación para 25 personas que representaban a las cinco divisiones de NIST," dijo MacDonald. Esta y otros comentarios de las partes interesadas llevaron a CSTL a incluir el biodiesel entre sus proyectos de desarrollo prioritarios para el año fiscal 2007.

Al igual que en su trabajo con otros industrias, el objetivo de NIST con el biodiesel es desarrollar una metrología fundamental más que un grupo de SRM que abarquen los biodiesel de todas las fuentes. "Lo que queremos hacer es desarrollar el grupo mínimo de SRM críticos," dijo Watters. Para la industria de EE.UU., este grupo es un SRM para biodiesel a partir de soja y un SRM para biodiesel de grasa animal.

El primer paso fue obtener muestras representativas de dos tipos de biodiesel. "El Consejo Nacional de Biodiesel ha estado entregando muestras de biodiesel (soja) a fabricantes de motores y diversas organizaciones por largo tiempo," comentó MacDonald. "Es un biodiesel de soja llamado ´SoyGold´, y ya se han realizado muchas mediciones con este producto. De modo que obtuvimos muestras de esto."

El B100 de grasa animal es el mismo material que utiliza ASTM en su Programa de control cruzado entre laboratorios de biodiesel. A través de este programa, los laboratorios participantes reciben muestras de biodiesel. Los laboratorios realizan análisis D 6751 con las muestras y devuelven los resultados de sus pruebas a ASTM, que compila un resumen estadístico de todos los resultados. Comparando sus resultados con los de otros laboratorios en el mundo, cada laboratorio puede evaluar la calidad de sus programas de prueba. Y utilizando el mismo material de muestra que el que se utiliza para el primer ciclo de prueba del biodiesel ILCP, NIST obtiene un valioso grupo de medidas para complementar sus propios esfuerzos de caracterización.

Competencia Internacional, Cooperación Internacional

La competencia internacional para desarrollar materiales de referencia para biocombustible es intensa, pero los elevados beneficios han llevado también a la cooperación internacional. A través del Sistema Interamericano de Metrología (SIM), acuerdo entre organizaciones de metrología nacionales de las 34 naciones miembro de la Organización de los Estados Americanos, los EE.UU. y Brasil han formado una sociedad que utiliza de la mejor manera los recursos técnicos y la experiencia de cada uno y evita la duplicación innecesaria de esfuerzos.

Con su historia de 30 años de uso de etanol ordenado por el gobierno, Brasil posee una valiosa experiencia técnica y práctica que puede guiar a los EE.UU. en el desarrollo de su propia industria del etanol. Con respecto a esto, los EE.UU. tiene recursos científicos y técnicos de nivel mundial para ayudar a ambos países a conquistar los desafíos del biodiesel. Como resultado, NIST está trabajando con el laboratorio de normas nacionales de Brasil, Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO), para desarrollar materiales de referencia certificados de aceptación internacional para etanol anhidro e hidratado y varios materiales de biodiesel derivados de una gran variedad de fuentes.

Una medida de la confianza

"Todos, el D02, los productores de petróleo, el Consejo Nacional de Biodiesel, los fabricantes de automóviles, quieren que el biodiesel se implemente con éxito," dijo MacDonald. Se trata en gran medida de sacar ventaja de los beneficios potenciales del biodiesel.  Aunque también se trata de evitar sus posibles trampas.

"El biodiesel ofrece la oportunidad de mitigar el clima, depender menos del petróleo extranjero, ser capaces de utilizar los recursos  naturales del propio país para producir combustible... pero ¿qué sucede si usted carga algo que obstruye su motor?". preguntó Beary. "Piense en las implicaciones económicas y la pérdida de credibilidad. Entonces, debe hacerse bien." Y para NIST, hacerlo bien significa darle al mundo los números que necesita para confiar en este combustible en el futuro.

ROBERT AUSURA, escritor y fotógrafo, reside en Gaithersburg, Maryland