Selección de materiales para la producción de bioetanol en la provincia de Misiones

Abstract

Las demandas energéticas emergentes en todo el mundo y la problemática ambiental relacionada con el uso del petróleo y sus derivados, impulsan el desarrollo de tecnologías ambientalmente sostenibles que contribuyan a la optimización de las matrices energéticas en forma sustentable. Los biocombustibles se presentan como una alternativa renovable frente a las fuentes energéticas convencionales, y dentro del vasto grupo de los biocombustibles, se encuentra el bioetanol, el cual proviene de la fermentación alcohólica de sustratos ricos en azúcares. Este bioalcohol es utilizado como aditivo/corte a las naftas de petróleo, o directamente como combustible de motores con tecnología automotriz adecuada (tecnología FLEX). Actualmente en la República Argentina se encuentran vigentes normativas que proponen el corte de las naftas derivadas del petróleo con etanol de origen vegetal (hasta un 15% en volumen), incentivándose así, el desarrollo de la industria alcoholera nacional a través de la optimización en el uso de las materias primas, el aumento de la capacidad instalada y del mejoramiento de los procesos productivos. Los carburantes derivados del petróleo, como las naftas, no causan problemas significativos relacionados con la corrosión, dada su composición química de naturaleza orgánica. Pero los biocombustibles, como el bioetanol, pueden contener una considerable cantidad de contaminantes provenientes del proceso productivo de los mismos, los cuales pueden volver más ―agresivo‖ al medio y activar los mecanismos de corrosión sobre cualquier componente metálico en contacto con ellos. Esta situación problemática impacta sobre todos los sectores relacionados con los biocombustibles, desde su producción y distribución, hasta su transporte y utilización, por lo que se abre una oportunidad para la implementación tecnológica de materiales, con una excelente combinación de propiedades (mecánicas y frente a la corrosión) como lo son el aluminio y sus aleaciones. En esta Tesis Doctoral se estudia la selección de materiales metálicos en función a la resistencia a la corrosión en bioetanol, analizándose el comportamiento electroquímico de aleaciones metálicas de base aluminio, cuando son expuestas a etanol combustible producido en la Provincia de Misiones y a otros etanoles producidos en la región, y adicionalmente, se proponen los posibles mecanismos de corrosión que pueden ocurrir en relación al comportamiento de cada aleación en etanol. Para la realización de los estudios se adquirieron diferentes aleaciones comerciales (AA1199 y AA1050) y se obtuvieron otras aleaciones por solidificación direccional (Al10%Si, Al-12%Si, Al-2%Mg, Al-4%Si, porcentajes en peso) con distintas estructuras de granos (columnares, equiaxiales y con transición de estructura columnar a equiaxial (TCE)). A su vez, se adquirieron muestras de bioetanol producido en la región y se analizaron las características fisicoquímicas del mismo mediante métodos de fácil aplicación y bajo costo. Posteriormente, se realizaron ensayos electroquímicos y gravimétricos, en diferentes bioetanoles y a diferentes temperaturas, con una correspondiente evaluación de las superficies metálicas por microscopía óptica metalográfica y microscopia electrónica de barrido. Los resultados obtenidos para las aleaciones comerciales indicaron que los contaminantes propios del etanol (agua, ácidos orgánicos y cloruros), juegan un papel determinante en la corrosión, generándose corrosión que depende directamente de la acción conjunta de los mecanismos de alcoxidación, corrosión acuosa y por acción de los iones agresivos. El análisis a diferentes temperaturas, por debajo del punto de ebullición del etanol, permitió estudiar la activación térmica de dichos mecanismos de corrosión. Por otro lado, los resultados obtenidos de los ensayos sobre las aleaciones solidificadas en el Laboratorio del Programa de Materiales y Fisicoquímica (ProMyF) permitieron estudiar la influencia de los aleantes y de la estructura de los granos formados sobre la resistencia a la corrosión en bioetanol, concluyéndose que el agregado de magnesio incrementa la resistencia a la corrosión del material debido a la formación de una capa de óxido combinada sobre la superficie del metal, mientras que el agregado de silicio tiene un efecto similar en la modificación de la capa pasiva de óxido, dado que en la aleación solidificada se encuentran partículas de silicio como una fase adicional, la cual también puede actuar como sitio preferencial de disolución del material (corrosión galvánica). Respecto a la estructura de los granos, los resultados indicaron que existe una relación compleja entre la resistencia a la corrosión del material y su estructura de grano, la cual depende directamente de las condiciones de experimentación.