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Los posos de café usados contienen aceites que pueden utilizarse como materia prima para la producción de biodiésel.
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El proceso, que duró una hora, permitió extraer la mayor parte del aceite disponible con muchas menos impurezas que el método de laboratorio estándar.
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Las fibras vegetales restantes se conservaron en gran medida intactas, lo que permitió utilizarlas para producir otros combustibles y productos químicos útiles.
Los posos de café contienen más energía de la que cabría esperar de su eliminación. Ricos en aceites y fibras vegetales, estos residuos pueden utilizarse para producir biodiésel, dejando a su vez materiales útiles para otros combustibles y productos químicos.
Un equipo de investigadores de la Universidad Rovira i Virgili realizó un experimento para eliminar rápidamente el petróleo sin dañar la biomasa restante. Identificaron condiciones óptimas que les permitieron extraer una mayor proporción de petróleo con menos impurezas que con el método de laboratorio estándar.
Los posos de café se producen a gran escala. La producción mundial de granos de café alcanza aproximadamente los 10 millones de toneladas anuales. Solo alrededor de 10¹³ toneladas de cerezas de café terminan en la bebida, mientras que el resto se convierte en residuo sólido. Anualmente se generan más de 6 millones de toneladas de posos de café.
Este residuo contiene aproximadamente 151 TP3T de lípidos o grasas. También contiene celulosa, hemicelulosa y lignina, que pueden utilizarse para producir otros productos. Esta combinación hace que el residuo sea atractivo para las biorrefinerías, que pueden producir varios productos a partir de una sola materia prima.
Resumen gráfico del proceso de producción de biodiesel. (Fuente: Jorge F. Romero et al., Biomass and Bioenergy)
Encontrar el modo de extracción óptimo
Un equipo de investigadores de la Universidad Richter (URV) estudió la temperatura, el tiempo de extracción y la proporción de disolvente respecto al polvo seco. Los investigadores utilizaron n-hexano, un disolvente común para la extracción de grasas, en 27 combinaciones. Cada prueba se repitió, obteniendo 54 observaciones.
Se recogieron posos de café secos de la cafetería de la universidad, los cuales contenían granos de café arábica tostados (Coffea arabica). El material se secó, se tamizó para obtener partículas de menos de 500 micrómetros y se preparó para su análisis.
«Descubrimos que las condiciones óptimas se alcanzaban a 45 °C durante 60 minutos y con una proporción de 35 mililitros de hexano por gramo de residuo seco», explicó Magdalena Constanti, una de las autoras del estudio.
En estas condiciones, el proceso por lotes permitió recuperar aproximadamente 901 TP3 T de aceite obtenido mediante extracción Soxhlet. El método Soxhlet se ha consolidado como referencia por ofrecer rendimientos elevados y reproducibles. Sin embargo, requiere reflujo continuo del disolvente, largos tiempos de procesamiento y un alto consumo energético.
El método optimizado arrojó resultados en una hora. La extracción Soxhlet tardó 24 horas y produjo un rendimiento de petróleo crudo de 16,61 TP3T basado en el peso seco del grano.
La temperatura tuvo el efecto más significativo en el rendimiento del producto. El rendimiento aumentó a medida que la temperatura del proceso se incrementó de 25 °C a 45 °C. Cuanto más caliente estaba el disolvente, menos viscoso era y más fácil era que las moléculas de aceite migraran a través del material poroso del café.
Componentes principales de los posos de café secos (%, p/p DSCG). (Fuente: Jorge F. Romero et al., Biomasa y Bioenergía)
Sin embargo, una temperatura cercana al punto de ebullición del hexano (68,7 °C) no mejoró los resultados. El rendimiento del producto disminuyó, especialmente durante los ciclos de 90 minutos. El equipo atribuyó esta disminución a una creciente incompatibilidad entre el disolvente y los aceites esenciales del café.
Aumentar la temperatura no significa aumentar la cantidad de aceite.
El tiempo siguió un patrón similar. La recuperación mejoró hasta los 60 minutos, luego se estabilizó o se ralentizó ligeramente. Aparentemente, el sistema alcanzó el equilibrio durante la primera hora.
La proporción de disolvente también presentaba limitaciones. Una cantidad insuficiente de hexano provocaba rápidamente la saturación, mientras que una cantidad excesiva no proporcionaba un crecimiento adecuado. Una proporción de 35 mililitros por gramo ofreció el equilibrio óptimo.
La calidad del aceite diferenció aún más el proceso optimizado del de referencia. Solo el 0,31 % de TP3T del extracto consistía en impurezas que no se habían convertido en ésteres metílicos de ácidos grasos. El extracto obtenido mediante el método Soxhlet contenía 3,91 % de TP3T.
Los principales ácidos grasos se mantuvieron estables en las condiciones estudiadas. El ácido linoleico representó aproximadamente 441 TP3T del perfil, mientras que el ácido palmítico representó aproximadamente 351 TP3T. El ácido oleico representó aproximadamente 81 TP3T, y el ácido esteárico representó aproximadamente 71 TP3T.
Esta estabilidad demostró que la disminución del rendimiento del producto a altas temperaturas no se debía a daños térmicos en los ácidos grasos esenciales. En condiciones más severas, se observó un aumento moderado en la cantidad de material no identificado, alcanzando 1,7%.
Matriz de mapas de contorno del rendimiento de extracción de DSCG en el espacio experimental, con una variable de extracción fija en cada fila. (Fuente: Jorge F. Romero et al., Biomass and Bioenergy)
La composición de ácidos grasos también influye en la producción de combustible. Estos compuestos afectan a las propiedades del biodiésel, como la inflamabilidad, la estabilidad a la oxidación y el rendimiento a bajas temperaturas.
El residuo sólido conserva su valor.
La eliminación del petróleo no privó al suelo de sus propiedades beneficiosas restantes. El material seco original contenía 8,81 TP3T de celulosa, 30,91 TP3T de hemicelulosa y 17,91 TP3T de lignina. El contenido de cenizas era de 6,21 TP3T.
«"En nuestro estudio, también demostramos que extraer el aceite no significa que el resto del material no pueda utilizarse para otra cosa", dijo Francesc Medina, investigador del Departamento de Ingeniería Química que participó en el estudio.
El procesamiento optimizado preservó la celulosa y la hemicelulosa. Además, la concentración de lignina en los sólidos superó los 20%, valores superiores a los medidos tras un procesamiento más intensivo en un aparato Soxhlet o mediante ultrasonidos.
Esta conservación es crucial para una biorrefinación consistente. Las grasas pueden impedir que los solventes y catalizadores penetren en los azúcares y la lignina presentes en el material vegetal. La eliminación del aceite actúa como un pretratamiento sin alterar significativamente la estructura del material.
La harina desgrasada puede utilizarse para producir bioetanol, ácido láctico y polihidroxialcanoatos. Su fracción de lignina también puede servir como materia prima para la producción de combustible de aviación ecológico o compuestos fenólicos.
Extracción parcial de posos de café: a) Composición de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) y no FAME de fracciones de extracto de posos de café obtenidas en diferentes condiciones, y b) composición lignocelulósica de posos de café desgrasados obtenidos en diferentes condiciones (DFSCG). (Fuente: Jorge F. Romero et al., Biomass and Bioenergy)
Las herramientas más rápidas supusieron compromisos adicionales.
El equipo comparó el método por lotes con la extracción ultrasónica y por microondas. La extracción por microondas produjo 12,51 TP3T de aceite en cinco minutos y 14,71 TP3T en 20 minutos. La extracción ultrasónica produjo 12,51 TP3T en 15 minutos y 14,31 TP3T en 30 minutos.
Ambos métodos aceleraron las etapas iniciales. Su eficacia disminuyó posteriormente a medida que el proceso pasó de una rápida transferencia de masa al equilibrio.
Ninguno de los métodos proporcionó mejoras suficientes en la pureza del aceite, la eficiencia general, el consumo de energía ni la escalabilidad. Además, ambos produjeron más material libre de aceite que el proceso por lotes optimizado. Los autores concluyeron que una mayor intensificación no estaba justificada, a pesar de la reducción en el tiempo de extracción.
Implicaciones prácticas del estudio
Los posos de café suelen acumularse en vertederos, donde liberan metano durante su descomposición. Utilizarlos como materia prima permitiría extraer recursos valiosos de esta gran cantidad de residuos.
El método optimizado logra dos resultados beneficiosos. Produce un aceite más limpio, rico en ácidos grasos, apto para la producción de biodiésel, y además conserva la matriz vegetal para su posterior procesamiento.
Este enfoque podría ayudar a reducir el costo de las materias primas para los combustibles de segunda generación que no dependen de cultivos comestibles. Podría ser relevante para el transporte pesado y la aviación, donde los combustibles renovables de alta energía siguen desempeñando un papel importante.
Gracias a la velocidad moderada del proceso, este trabajo proporciona a las futuras biorrefinerías un rango operativo más definido. El resultado no solo es una extracción de aceite eficiente, sino también la posibilidad de aprovechar una mayor cantidad de posos de café antes de desecharlos.
Los resultados del estudio están disponibles en línea en la revista Biomass and Bioenergy.
El artículo original, titulado "Nuevo proceso extrae aceite 90% de los posos de café usados y produce biodiésel limpio", fue publicado por The Brighter Side of News.
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