Nuevos combustibles de llantas usadas

Cuando concluye la vida útil de las llantas, se convierten en residuos sólidos que al ser desechados sin control generan un severo daño al medio ambiente. Esta situación impulsó a Jorge Medina Valtierra, profesor investigador del Instituto Tecnológico de Aguascalientes (ITA) —perteneciente al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)—, a desarrollar un proceso químico que degrada los componentes de la llanta para obtener dos combustibles, uno líquido y otro carbonoso, ambos de alto poder calorífico.

Esta línea de investigación comenzó por una preocupación en relación con el almacenaje del hule de las llantas, pues se estima que en México se generan más de 50 mil toneladas por este tipo de residuos, los cuales son considerados por la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos como un desecho de manejo especial.

Pirólisis: sin oxígeno y con nitrógeno

Cuando termina la vida útil de las llantas, se queman en las ladrilleras o se utilizan en los tiraderos como camas de basura, esto favorece la liberación de contaminantes como azufre e hidrocarburos, debido a su composición.

Medina Valtierra comentó en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt: “Ante ese problema, iniciamos una investigación sobre cómo aprovechar de otra manera las llantas que se desechan, que son miles de toneladas, es un problema muy grave. Nosotros lo que hacemos es realizar un proceso de pirólisis para obtener dos productos: líquido combustible y una especie de carbón”.

La pirólisis es un tratamiento en ausencia de oxígeno y en presencia de nitrógeno, a través de este la llanta no se quema, sino que se degrada en sus componentes iniciales, evitando así la emisión de contaminantes a la atmósfera. Esos componentes iniciales sufren una segunda degradación, se introduce un catalizador para hacer el rompimiento polimérico del hule, produciendo un combustible muy parecido al diesel y la gasolina, así como un sólido carbonoso.

Posteriormente se realiza otro tratamiento que únicamente afecta al sólido carbonoso, esto, para transformarlo en un catalizador superácido.

“Estamos hablando de que finalizado el tratamiento se aprovecha como 60 o 70 por ciento del peso del hule de llanta, el resto son gases. No nos hemos involucrado mucho en la caracterización de esos gases porque están muy diluidos, como están en presencia de un flujo de nitrógeno ya salen muy diluidos y es difícil caracterizarlo, pero se podría usar como un combustible también porque tiene su poder calorífico intacto”, detalló.

A partir de estos resultados, junto con alumnos de posgrado trabaja en dos líneas de investigación: en una se utiliza el sólido carbonoso obtenido de la llanta como catalizador superácido, en el otro se obtuvo un combustible líquido.

Combustible líquido

María Marisol Guerrero Esparza, estudiante del doctorado en ciencias en el ITA —plan de estudios inscrito en el Programa Nacional de Posgrados de Calidad (PNPC)—, ha analizado el proceso para la obtención de combustible líquido a partir de un proceso de pirólisis catalítica al hule de llanta. Para este proceso, se empleó un catalizador sólido que químicamente está conformado por una mezcla de zeolita ácida y gama lúmina, con una acidez de 0.65 por cada gramo.

“El diseño de experimento que utilizamos para ello fue de tipo factorial: de tres a la tres. ¿Qué quiere decir esto? Tres factores con tres niveles cada uno, siendo los tres factores que estamos trabajando: temperatura, tiempo de reacción y cantidad de catalizador. En las temperaturas tenemos tres, estamos trabajando una de 510, otra de 530 y otra de 550 grados Celsius; la cantidad de catalizados es al dos, al cinco y al 10 por ciento; los tiempos de reacción, de una, dos y tres horas”, describió.

En el proceso de experimentación se utilizaron polímeros de tercer grado, se hicieron análisis de varianza y se utilizaron modelos de superficie de respuesta para comprobarlos estadísticamente. Los resultados determinaron que el factor óptimo del catalizador es al cinco por ciento, a una temperatura intermedia de 550 grados Celsius, con un tiempo de reacción de dos horas.

Del volumen de hule de llanta sometido al proceso de pirólisis, se obtuvo un rendimiento de 60 por ciento del combustible líquido, que cuenta con una estructura polimérica muy grande, por lo que se procedió a la realización de un estudio de cromatografía de gases para conocer de qué estaba compuesto.

“Lo que nos arrojó fue una mezcla entre la gasolina y diesel, es una mezcla entre seis y 10 carbones, mientras la gasolina está entre seis y ocho carbones y el diesel está entre seis y 12 carbones, entonces, está en medio de los dos combustibles más fuertes. El poder calorífico del combustible líquido es de 10 mil 800 kilocalorías por cada kilogramo, mientas que el diesel está aproximadamente entre 10 mil 200 kilocalorías por cada kilogramo y la gasolina está en 10 mil 500 kilocalorías por cada kilogramo”, explicó.

Limoneno, un compuesto valioso

Medina Valtierra manifestó que el combustible líquido se sometió a un análisis cromatográfico para definir sus componentes, la mayoría de los cuales se encuentra dentro de la gama de la gasolina o el diesel, incluidos algunos compuestos aromáticos como benceno y tolueno.

Además, en el análisis cromatográfico se detectó un compuesto que resultaría interesante para estudios posteriores, se llama limoneno (C₁₀H₁₆), es la base de la industria de los maquillajes y también se utiliza como saborizante en la industria alimenticia. Es un compuesto muy valioso; sin embargo, está mezclado con decenas de compuestos diferentes, aunque está en mayor proporción que el resto, pues representa 25 por ciento del combustible líquido aproximadamente.

“Entonces ahí se buscará realizar un nuevo proyecto para separar el limoneno, purificarlo, llevarlo a una purificación a un nivel comercial. Sin embargo, estamos hablando que de 70 por ciento que se utiliza del hule de llanta, únicamente 30 por ciento es el líquido combustible, y de ese porcentaje 25 por ciento es limoneno, por lo que se requiere de grandes cantidades de llantas y de laboratorios especializados para sintetizarlo”, concluyó.

Fuente: CONACYT.