Biotecnología

 

Jatropha cinerea seed oil as a potential non-conventional feedstock for biodiesel produced by an ultrasonic process

 

Aceite de semillas de Jatropha cinerea como fuente potencial no convencional de biodiesel obtenido por ultrasonido

 

S. Soto-León¹, E. López-Camacho², J. Milán-Carrillo¹, M.A. Sánchez-Castillo³, E. Cuevas-Rodríguez¹, L.A. Picos-Corrales¹ and I. Contreras-Andrade¹*

 

¹ Programa Regional de Posgrado en Biotecnología, Facultad de Ciencias Químico Biológicas, Universidad Autónoma de Sinaloa, Blvd. Américas y Josefa Ortiz de Domínguez, Ciudad Universitaria, Culiacán, Sinaloa. * Autor para la correspondencia. E-mail: ica@uas.edu.mx Tel. +52(667) 713-7860, Ext. 156.

² Escuela de Biología, Universidad Autónoma de Sinaloa, Culiacán, Sinaloa, México.

³ Coordinación para la Innovación y la Aplicación de la Ciencia y la Tecnología, UASLP, San Luis Potosí, México.

 

Received November 23, 2013;
Accepted March 12, 2014.

 

Abstract

This work demonstrates that Jatropha cinerea (J. cinerea) seed oil has potential as a new, non-conventional, bio-energy resource. The physical and chemical properties of J. cinerea seeds, collected from its natural habit, were evaluated. The length-, diameter- and weight- of seeds were in the ranges of 8 to 12 mm, 7.5 to 11 mm, and 0.2 to 0.7 g, respectively. Additionally, the amount of oil in the seed kernel was 65.77 wt.%, and it contained 15*% saturated, 33% monounsaturated, and 51% polyunsaturated fatty acids. The major constituent (50 .8 wt%) of crude J. cinerea oil was linoleic acid. Based on its content of phorbol esters (0.22 mg g^-1), J. cinerea was considered to be a non-toxic Jatropha species. Iodine, saponification, and acid values of the J. cinerea seed oil were similar to those of the J. curcas seeds oil; therefore, it was suggested that J. cinerea oil had the quality required for biodiesel production from J. cinerea seeds oil was produced by a sonotransesterification process, evaluating the effect of the methanol: oil molar ratio (MOR), temperature, and reaction time. The best conditions for biodtesel production were 25°C, a MOR of 4:1, and a notably short reaction time of 20 s. These conditions were very advantageous as compared to those required by conventional processes, and very promising for the development of a low cost biodiesel production process using J. cinerea seed oil as a feedstock.

Keywords: biofuel, biodiesel, Jatropha, Jatropha cinerea, ultrasonic process, transesterification.

 

Resumen

En este trabajo se demuestra que el aceite de las semillas de Jatropha cinerea (J. cinerea ) tienen un potencial como materia prima no convencional para la producción de biodiesel. Se evaluaron las propiedades fisicoquímicas de las semillas J. cinerea recolectadas de su hábitat natural en las costas de Sinaloa. Se encontró que la longitud, diámetro y peso característicos de las semillas estuvieron en los intervalos de 8 a 12 mm, 7.5 a 11 mm, y de 0.2 a 0.7 g, respectivamente. Además, la cantidad de aceite en la almendra de la semilla expresada en porciento en peso (%p) fue de 65.8, del cual 15% correspondió a ácidos grasos saturados, 33% a monoinsaturados, y 51% a poliinsaturados; asimismo, se encontró que el compuesto principal de los ácidos grasos del aceite de J. cinerea fue el ácido linoleico (50.8 %p). También se determinó que J. cinerea se puede considerar como una especie no tóxicas debido a su bajo contenido de ésteres de forbol (0.22 mg g^-1). La caracterización del aceite de J. cinerea estableció que es adecuado para la producción de biodiesel debido a su alta calidad, fundamentada en los valores de índice de yodo, saponificación y acidez, los cuales fueron similares a los reportados previamente para J. curcas. Se evaluó la transesterificación del aceite de J. cinerea asistida por ultrasonido, evaluando el efecto de los siguientes parámetros: relación molar metanol: aceite (MOR), temperatura, y tiempo de reacción. En el rango de estudio, las mejores condiciones para la producción de biodiesel fueron 25 °C, una MOR de 4:1, y un tiempo de reacción de 20 s. Estas condiciones experimentales fueron notoriamente favorables en comparación con las requeridas en procesos convencionales y muy promisorias para la producción de biodiesel de bajo costo a partir del aceite de semilla de J. cinerea.

Palabras clave: biocombustible, biodiesel, Jatropha cinerea, ultrasonido, transesterificación.

 

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Acknowledgments

The authors would like to thank the Universidad Autónoma de Sinaloa for providing financial support through the PROFAPI program, project no. 2012/045. First author thanks to CONACYT for the scholarship granted.

 

References

AOAC (2005) Association of Official Analytical Chemists. Available in: www.aoac.org.         [ Links ]

Demirbas, A. (2008) Biodiesel: a realistic fuel alternative for Diesel Engines. Ed. Springer-Verlag, London. pp. 65-110.         [ Links ]

Devappa, R.K., Bingham, J.P. and Khanal, S.K. (2013). High performance liquid chromatography method for rapid quantification of phorbol esters in Jatropha curcas seed. Industrial Crops and Products 49, 211-219.         [ Links ]

Emil, A., Zahiras, Y., Siti, K.K., Manal, I. and Jumat, S. (2009). Characteristic and composition of Jatropha curcas oil seed from Malaysia and its potential as biodiesel feedstock. European Journal of Scientific Research 29, 396-403.         [ Links ]

European Standard EN 14214 (2008). Automotive fuels. fatty acid methylesters (FAME) for diesel engines: requirements and test methods. European Standard Organization.         [ Links ]

Escoto, L.G., Contreras, I. and Angulo M.A. (2013). Cadena agroindustrial de Jatropha curcas: paquetes tecnológicos para el noroeste de México. Editorial Publicia, Alemania.         [ Links ]

Fresnedo-Ramírez, J., Orozco-Ramírez, Q. (2013). Diversity and distribution of genus Jatropha in México-Genetic Resources and Crop Evolution 60, 1087-1104.         [ Links ]

González-Brambila, M.M., Montoya de la Fuente, J.A., González-Brambila, O. and López-Inzunza F. (2014). A heterogeneous biodiesel production kinetic model. Revista Mexicana de Ingeniería Química 13, 311-322.         [ Links ]

Govaerts, R., Frodin, D.G., Radcliffe-Smith, A. and Carter, S. (2012). World checklist and bibliography of Euphorbiaceae (with Pandaceae). Editorial Royal Botanic, Gardens, Richmond, Surrey, United Kingdom.         [ Links ]

Jain, S., Sharma, M.P. (2010). Prospects ofbiodiesel from Jatropha in India: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 763-771.         [ Links ]

Karaj, S., Huaitalla, R.M. and Muller, J. (2008). Physical, mechanical and chemical properties of Jatropha curcas L. seeds and kernels. 07-09 October. Stuttgart-Hohenheim.. Conference on International Agricultural Research for Development, Tropentag meeting.         [ Links ]

Kesava Rao, A.V.R., Wani, S.P., Singh, P., Srinivas, K. and Srinivasa Rao, C. (2012). Water requirement and use by Jatropha curcas in a semi-arid tropical location. Biomass and Bioenergy 39, 175-181.         [ Links ]

Kumar, D., Kumar, G., Johari, R. and Kumar, P. (2012). Fast, easy ethanomethanolysis of Jatropha curcas oil for biodiesel production due to the better solubility of oil with ethanol in reaction mixture assisted by ultrasonication. Ultrasonics Sonochemistry 19, 816-822.         [ Links ]

Kyuichi, Y., Toru, T., Manickam, S. and Yasuo, I. (2004). Sonoluminescence. Applied Spectrocopy Reviews 39, 399-436.         [ Links ]

Lu, H., Liu, Y., Zhou, H., Yang, Y., Chen, M. and Liang, B. (2009). Production of biodiesel from Jatropha curcas L. oil. Computers & Chemical Engineering 33, 1091-1096.         [ Links ]

Makkar, H.S., Sidhuraju, P. and Becker, K. (2007). Plant Seconday Metabolites. 1st ed., Humana Press, New York.         [ Links ]

Maya, Y. and Arriaga, L. (1996). Litterfall and phenological patterns of the dominant overstorey species of a desert scrub community in north-western México. Journal of Arid Environments 34, 23-35.         [ Links ]

Nieves-Soto, M., Hernández-Calderón, O.M., Guerrero-Fajardo, C.A., Sánchez-Castillo, M.A., Viveros-García, T. and Contreras-Andrade, I. (2012). Biodiesel current technology: ultrasonic process a realistic industrial application, in: Biodiesel -Feedstocks, Production and Applications, (Zhen Fang Ed), Intech, pp. 177-207, Croatia.         [ Links ]

Pandey, V.C., Singh, K., Singh, J.S., Kumar, A., Singh, B. and Singh, R.P. (2012). Jatropha curcas: a potential biofuel plant for sustainable environmental development. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 2870-2883.         [ Links ]

Pisarello, M.L., Dalla Costa, B.O, Veizaga, N.S. and Querini, C.A. (2010). Volumetric method for free and total glycerin determination in biodiesel. Industrial & Engineering Chemistry Research 49, 8935-8941.         [ Links ]

Rodríguez, R., Salinas, E., Zamarripa, A. and Espinoza, H. (2012). Pinón Mexinano e Higuerilla: rentabilidad y competitividad de su cultivo para biodiesel en México. Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Libro técnico No. 18.         [ Links ]

Rzedowski, J. (2006). Vegetación en México, digital ed., Editorial Comisioín Nacional para el Conocimiento y Usos de la Biodiversidad, México.         [ Links ]

Steinmann, V. (2002). Diversidad y endemismo de la familia Euphorbiaceae en México. Acta botánica Mexicana 61, 61-93.         [ Links ]

Thomas, A. (2000). Fats and Fatty Oils, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Germany.         [ Links ]