Residuos de café, materia prima para generar electricidad

Aunque el grano es la materia prima más comercializada en Colombia después del petróleo, y solo aquí genera alrededor de 530.000 empleos directos, su agroindustria también es una de las que produce más residuos: alrededor de 10 millones de toneladas anuales en el mundo.

En 2021 la producción colombiana fue de 12,6 millones de sacos, de los cuales 784.000 toneladas correspondieron a biomasa residual (cereza) y solo 39.200 toneladas (5 %) se utilizaron en otras actividades, como por ejemplo para obtener biogás y utilizar el sustrato de cultivos en alimentación animal, combustión y compost; sin embargo, una parte importante de ellos se desecha en fuentes de agua alterando el ecosistema por su alto requerimiento de oxígeno para descomponerse.

Buscando nuevas formas de aprovechar dichos residuos, Sophia Lozano Pérez, magíster en Química de la UNAL Sede Bogotá, aplicó biorrefinería hidrotermal, un proceso limpio y que no utiliza químicos adicionales contaminantes, ya que en este solo se utiliza agua a diferentes temperaturas.

Con el agua caliente la materia prima se convierte en azúcares que se van rompiendo hasta transformarse en los materiales plataforma, o sea con valor agregado para la industria; entre ellos están: ácido levulínico (utilizado en la industria plástica, alimentaria y farmacéutica), ácido fórmico (industria textil, papelera, de medicamentos y cosmética), furfural (compuesto químico empleado tanto para fabricar resinas y plásticos como para obtener nuevos fármacos y herbicidas, y ser precursor para obtener biocombustible) e hidroximetilfurfural (HMF), utilizado como indicador de calidad de la miel.

Con el apoyo del Grupo de Aprovechamiento Energético de Recursos Naturales, liderado por el profesor Carlos Alberto Guerrero, del Departamento de Química, la magíster obtuvo por primera vez estos compuestos a temperaturas que oscilan entre 180 y 300 ^oC.

Lo interesante de este proceso son sus múltiples aplicaciones, que, ¡ojo!, en Colombia aún están demoradas, como por ejemplo la producción de electricidad, que se lograría utilizando una técnica de combustión directa, con un reactor mucho más potente que aproveche los gases producto de la reacción de los residuos del café para ir moviendo turbinas y generando energía eólica, y por ende electricidad.

¡Un tinto muy caliente!

La investigación se realizó en el municipio de Santandercito (Cundinamarca), ubicado a 30 km de Bogotá, muy cerca al famoso Salto del Tequendama y reconocido por sus cultivos de plátano, mandarina, tomate, y por supuesto café. En una finca se recogieron 5 kg de residuos de café arábica con un 80 % de humedad, es decir compuesto en su mayoría de agua.

“Después de determinar este porcentaje, lo primero fue secar la cereza de café por medio de algunas técnicas de laboratorio, para luego molerlo y pulverizarlo y aprovechar ese 20 % de material. Enseguida se pone en una especie de termo y nuevamente se agrega agua, solo que esta vez no hay riesgo de contaminación y la cantidad es controlada; este recipiente se pone en un reactor especial capaz de aumentar la temperatura y la presión a los niveles necesarios para el estudio. En este “termo” se ponen los residuos de café y agua para luego llevarlos al reactor y aumentar la temperatura”, explica el investigador.

El proceso se realizó una y otra vez con distintas proporciones para observar cuál era la más indicada, y se halló que lo ideal era hacerlo con 5 g de café y 95 g de agua (unos 95 ml). Y es aquí donde aparece la temperatura, pues al poner la mezcla en el reactor, el calor sube a unos 180 ^oC para obtener azúcares de la hemicelulosa, derivados de la celulosa y la lignina (aunque esta es una barrera para el proceso), que se pueden aprovechar como estructuras base para otros procesos químicos.

“El agua a altas temperaturas actúa como un ácido, algo que aún nos desconcierta, pero gracias a ello su estructura va rompiendo químicamente el café, y cuando aumentamos el calor a 220 ^oC los azúcares se convirtieron en ácido levulínico, ácido fórmico, furfural y HMF, con rendimientos que llegan al 40 %”, indica la magíster.

Estos compuestos se separan mediante una técnica llamada cromatografía de intercambio iónico, para aprovecharlos individualmente, excepto el furfural y el HMF, que aún presentan valores del 1 a 4 %, y que son materiales químicamente inestables.

Por otro lado, el rendimiento se podría mejorar hasta llegar a un 120 % (según la estructura lignocelulósica) usando catalizadores que ayuden al agua, como por ejemplo ácido sulfúrico o acético, aunque estos son materiales difíciles de separar y podrían terminar siendo una “piedra en el zapato”.