Descubre como el Café es utilizado para hacer Biodiesel

El café, siendo una de las principales bebidas en el mundo, conlleva a consecuencia ambientales y económicos debido a los contenidos peligrosos en los restos que genera la producción del grano del café.

En el mundo produce aproximadamente 10 millones de toneladas de posos de café de desecho cada año. Desde hace unos años se están aprovechando en un porcentaje importante el uso de estos residuos para crear biocombustibles.

Convirtiendo el café en biocombustible

Los biocombustibles actualmente están hechos principalmente de caña de azúcar, maíz y aceite de palma. Las plantas ricas en azúcares se utilizan para producir etanol, mientras que el aceite de palma se convierte en biodiesel. Sin embargo, el cultivo de estas plantas para ser usadas como combustible causa problemas en la deforestación y el uso de recursos como la tierra y el aceite.

Los pozos de café son una buena alternativa para ser usados como materia prima para los combustibles debido a alto poder calorífico. El café que es reciclado ya es utilizado para hacer troncos para el fuego y usado en algunos materiales para muebles.

Investigaciones han encontrado recientemente varias formas de convertir los desechos de café en materiales purificadores de agua y captura del carbono.

Extracción del aceite del café

El método conocido para convertir café usado en biodiesel implica dos pasos.

  • El primer paso consiste en extraer los aceites en los posos del café. Esto se hace mezclando el contenido de los pozos con un disolvente de hexano y luego cocinando la mezcla a 69°C durante 1 a 2 horas para la respectiva extracción de los aceites.

El hexano se debe evaporar dejando la presencia de los aceites del pozo.

  • En el segundo paso, se agrega metanol y un catalizador para biodiesel. El glicerol, que también se crea como un subproducto, el cual debe separarse del biodiesel.

Mejorando el proceso de extracción

Un equipo de ingenieros químicos y científicos ambientales de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, simplifica el proceso de extracción de aceites a base de solventes. Se mezclaron pozos de metano y un catalizador para hacer biodiesel directamente.

La clave fue el utilizar la concentración adecuada de hidróxido de sodio y ajustar la relación metanol-aceite durante su producción.

Optimizando así el proceso, extrayendo la misma cantidad de aceite del café con el método anterior en un tiempo de tan solo 10 minutos. Reduciendo así los tiempos y los costos en este importante proceso.

¿Cuánto biodiesel se podría obtener?

Según el medio Anthropocene este método podría llegar a producir alrededor de 800.000 toneladas de este biocombustible, o más de 286 millones de galones, al año. Esto claramente si todos los pozos de café fueran reutilizados adecuadamente para ser recolectados y procesados. Tristemente la mayoría de estas son simplemente desechadas.

Biodiesel, bioetanol y bioaceites

El biodiesel es un mercado en crecimiento, según el medio Chemistry for Life, Las estimaciones para ese entonces para el 2010, que la producción mundial de biodiesel alcanza la marca de 3 mil millones de galones.

Con la extracción del aceite de los fondos de café, se obtienen aproximadamente 150 gramos de cada kilo de peso seco de café. Desde la UJA se señala que los mismos pozos pueden contener azúcar, como el que se extrae el café torrefacto, que por fermentación da lugar al bioetanol.

También, mediante procesos, como una pirólisis a una temperatura lenta baja, se pueden obtener aceites.

Con el resto de los residuos se producen “pélets”. Los cuales se obtienen de los pozos desgrasados y sin azúcar, los cuales se pueden formar con presión, darles forma de troncos, como a la madera, esto para que sirven de combustible en calderas de biomasa y genera esta es la forma del que el secado sea el más rentable.

Para entender la información debes tener en cuenta estos conceptos o palabras claves:

  • Mj/kg: megajulios de energía necesaria para hacer un kilogramo de producto.
  • tCO2: en toneladas de dióxido de carbono creadas por la energía necesaria para hacer un kilogramo de producto. (“tCO2 – Traducción al español – ejemplos inglés | Reverso Context”)
  • Etanol: el llamado alcohol etílico, es un compuesto orgánico de la familia de los alcoholes, es un líquido transparente e incoloro, siendo el principal ingrediente en bebidas alcohólicas.
  • Etano: es un gas incoloro e inodoro combustible en condiciones normales, se presenta como gas en la atmósfera en concentraciones muy bajas.
  • Metano: es un gas incoloro, inflamable, no tóxico en ambientes normales. Se produce por la descomposición de la materia orgánica. Los humedales, animales y energías son sus principales fuentes de emisión en la atmósfera.
  • Biodiesel: es un biocombustible líquido producido a partir de los aceites vegetales y grasas animales. (“Biodiesel A Partir de Aceites Vegetales Usados | PDF – Scribd”)
  • Poder calorífico: se conoce como la cantidad de calor que genera, por kilogramo o metro cúbico      de sustancia, al oxidarse de forma completa en su uso.

Pulpa de café

Como el primer producto residuo que se obtiene en el procesamiento de fruto el café representa en base húmeda, alrededor del 44% del peso del fruto fresco.

Por cada millón de sacos de 60 kilogramos de café almendra, se generan más de 162.000 toneladas de pulpa fresca, que no se utilizan adecuadamente producirían una contaminación al equivalente a la generada por un año, en desechos de excretas y orinas, por una población de más de 868.000 personas.

La pulpa del café utilizado como combustible

Para la pulpa del café se reporta que un poder calorífico de 15,88 Mj/kg de pulpa seca y un consumo en el secado mecánico de la misma de 36,92 Mj, con un balance energético negativo en el proceso, esto debido a que por cada unidad de energía aplicada en el secado de la pulpa se generaron 0,43 unidades en la combustión de producto seco.

Pulpa de café en el biogás

El biogás es una mezcla constituida por metano principalmente, en una proporción que oscila entre el 50% y 80%, y gas carbónico con pequeñas cantidades de vapor de agua, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, monóxido de carbono, nitrógeno, oxígeno y otros compuestos orgánicos.

Se puede utilizar como biocombustible en sistemas de combustión a gas o para la producción de energía eléctrica, mediante turbinas o plantas generadoras a gas. Investigaciones de Cenicafé reportan un rendimiento de 25 litros de biogás por 1 kilogramo de pulpa fresca alimentada a los digestores.

El poder calorífico del biogás con un contenido de metano en un 60%, es de 21,46 kg/L.

Pulpa de café en el bioetanol

Este se obtiene de la fermentación de medios azucarados, después de fermentación, en torno al 10% 15% concentrándose por destilación para la obtención del denominado “alcohol hidratado” (con un 4-5% de agua en su estructura) o hasta llegar al alcohol absoluto.

Esta última es necesaria si se quiere utilizar el alcohol en mezclas de gasolina, en vehículos convencionales.

35% de azúcares totales y 6,19% de cenizas, y por fermentación alcohólica se pueden obtener, en promedio, 1,2 litros de alcohol etílico de 85°, eso equivale a 500 litros de etanol por 1.000 arrobas de café de pergamino seco.

Mucílago de café

El mucílago del café se genera en etapa de desmucilaginado, en base húmeda representan alrededor del 15% de peso del fruto seco.

En términos de volumen, por acá un kilogramo de café de cereza sin seleccionar producen 91 mililitros de mucílago fermentado.

Por cada millón de sacos de 60 kilogramos, se generan aproximadamente 55.500 toneladas de mucílago fresco, que si no se utiliza adecuadamente se produciría una contaminación equivalente de heces y orinas por una población de 310.000 habitantes.

Mucílago de café en la producción de biogás

Para la descomposición anaeróbica del mucílago, una producción de 287 litros de metano por cada kilogramo de DQO (Demanda química de oxígeno) en el proceso de fermentación de 36°C es equivalente a 336 litros de metano por 1 kilogramo de DQO removido.

Mucílago de café en la producción de bioetanol

En estudios de fermentación alcohólica se encontró un valor promedio de 58, 37 ml de etanol obtenido de un 1 kg de mucílago fresco.

Mucílago de café en la producción de etanol

En un artículo titulado muestra la producción de etanol de la pulpa fresca y del mucílago fresco, en otras palabras, el bioetanol obtenido por cada millón de sacos de café verde producido.

  • De pulpa fresca, las toneladas generadas fueron alrededor de las 162.000, lo que llega a obtener aproximadamente 25 litros de etanol por el subproducto de residuos de café, produciendo más      de 1 millón de galones de etanol.
  • De mucílago fresco, las toneladas generadas fueron alrededor de las 55.500, lo que llega a obtener aproximadamente 58.5 litros de etanol por el subproducto de residuos de café, produciendo más de 855.000 de galones de etanol.

Cisco del café

Se describe como el endocarpio del fruto, constituido por la cascarilla, conocido como el cisco y la película plateada, siendo un subproducto con muy buenas propiedades combustibles.

El cisco utilizado como combustible

El cisco representa en peso el 4,2% del fruto fresco, para este subproducto se reporta una capacidad calórica de 17,90 Mj/Kg.

Borra de café

También conocido como cuncho o desechos del café después de ser utilizado en las infusiones, corresponde al grano de café tostado, representando alrededor del 10% del peso del producto fresco.

Borra de café como combustible

En las fábricas para que el café sea soluble, después del proceso de secado y prensado en un rango del 8% al 15%, este desecho se utiliza como combustible en las calderas generadoras de vapor de agua.

Borra de café para biogás

Se reporta una producción de biogás, con un contenido de metano entre el 52% a 62%, de 250 a 300 litros de sólidos volátiles del cuncho de café, que representa más del 99% de la materia seca.

Borra de café para la producción de bioetanol

Se describe que se puede obtener hasta 28 gramos de etanol a partir de 57 gramos de celulosa proveniente de la borra de café. Adicionalmente, se describe que un promedio del contenido de la celulosa de la borra es del 34% aproximadamente, para lo cual se estima que se puede obtener hasta 207,5 mililitros de etanol por cada kilogramo de borra seca.

Cuncho de café en el biodiesel

El biodiesel se puede obtener a partir del proceso de esterificación de aceites de origen animal o vegetal, utilizando metanol o etanol, con el fin de reemplazar el combustible Diesel.

Para la producción de aceites, de un 9% de sustancias grasas de la pulpa del café seca. De igual manera se reporta que hay contenido desde un 6% a un 17% de aceites, en diferentes variedades.

De estos aceites se asegura una conversión en 100% de estos en biodiésel.

Tallos de café

Los tallos del café son utilizados por los productores para la cocción de alimentos y el secado del grano, ayudando a la conservación de los bosques nativos.

Según la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, para mantener una caficultura productiva, promueve ciclos de renovación de los árboles de café, reportando un promedio de densidad de 5.000 árboles por hectárea.

Investigadores reportan en el proceso de renovación de madera seco de 16 toneladas por hectárea, para los ya mencionados 5.000 árboles por hectárea, permitiendo calcular un promedio de producción de 0,6 kilogramos de tallo por 1 kilogramo de café de cereza procesado.

Tallos de café para la producción de bioetanol

Es posible obtener bioetanol a partir de las fibras de las células de los tallos de café.

Ripios y café deteriorado

Son residuos producidos del proceso de trilla, de los cuales hacen parte los granos imperfectos, almendras partidas y frutos pequeños, teniendo la misma composición química del grano.

También se puede producir la bebida del café a partir de los ripios, pero su calidad es baja.

Ripios utilizados como combustibles

Los ripios presentan un valor calorífico de 15,60 Mj/kg cuando se utilizan como combustible sólido.

Café deteriorado en el biodiesel

Se describe que con este subproducto se logró obtener entre 70 y 150 kilogramos de aceite por 1 tonelada de café.

 Conclusión

Se puede decir que todo los subproductos o desechos del café se pueden aprovechar en un 100% y no solo en la producción de biocombustibles, sino también en otras áreas como la botánica o en la principal producción del grano del café, como lo es el tueste de los granos del café.

El uso de los biocombustibles está siendo algo tardía, especialmente viendo los efectos que está produciendo el uso de combustibles o alternativas energéticas no muy sostenibles, se debe tomar ya un foco centrado en el máximo aprovechamiento no solo del café sino de otros cultivos, así generar mejores alternativas que beneficien al cuidado del medio ambiente, el desarrollo económico y a la integración de las comunidades.