Científicos convierten desechos de café en biodiésel de manera eficiente y sostenible

Los residuos de café podrían tener un valor mucho mayor del que se les atribuye. En lugar de ser desechados, estos residuos cotidianos pueden proporcionar ingredientes para combustibles renovables y una variedad de productos químicos útiles. Investigadores de la Universitat Rovira i Virgili (URV) identificaron una manera eficiente de recuperar aceite de los restos de café desechados, manteniendo el material restante apto para otras aplicaciones industriales.

Los hallazgos, publicados en la revista Biomass and Bioenergy, destacan el potencial no explotado de los posos de café, un subproducto generado en enormes cantidades en todo el mundo. La producción global de granos de café alcanza aproximadamente 10 millones de toneladas métricas anualmente, pero solo una pequeña fracción de este material se utiliza para preparar la bebida. La mayor parte se descarta como residuos sólidos. Estos posos contienen alrededor del 15% de lípidos, o grasas, que pueden servir como ingredientes para producir biodiésel.

Buscando una forma más eficiente de extraer aceite de los posos de café

Para determinar la mejor manera de recuperar estos valiosos aceites, los investigadores Jorge F. Romero, Alberto Tampieri, Daniel Montané, Magdalena Constantí y Francesc Medina del Departamento de Ingeniería Química de la URV analizaron tres variables: temperatura de extracción, duración del proceso y cantidad de disolvente utilizado en relación con los posos de café.

El equipo utilizó n-hexano, un disolvente ampliamente empleado para separar grasas de otros materiales. A través de una serie de experimentos cuidadosamente diseñados, evaluaron cómo los cambios en la temperatura, el tiempo de extracción y la cantidad de disolvente afectaban los resultados, tanto de manera individual como en combinación.

"Hemos encontrado que las condiciones óptimas son a 45 °C durante 60 minutos con una proporción de 35 mililitros de hexano por gramo de residuo seco", explicó Magdalena Constantí, una de las autoras del estudio.

Bajo estas condiciones, los investigadores recuperaron aproximadamente el 90% del aceite que podría extraerse utilizando el método Soxhlet, un método estándar de laboratorio conocido por sus altos rendimientos de extracción. Aunque Soxhlet es efectivo, generalmente requiere más tiempo, consume más energía y es menos práctico para operaciones industriales a gran escala.

El nuevo enfoque también produjo un aceite considerablemente más limpio. La extracción optimizada generó solo un 0.3% de impurezas, en comparación con el 3.9% utilizando Soxhlet. El análisis químico reveló que la composición de ácidos grasos del aceite se mantuvo constante a través de las diferentes condiciones experimentales, siendo los ácidos linoleico y palmítico los más predominantes. Esta composición respalda el potencial uso del aceite como ingrediente en la producción de biodiésel.

Los residuos de café podrían producir más que solo biodiésel

Recuperar aceite es solo una parte de la oportunidad. Los científicos también querían asegurarse de que la extracción de grasas no destruyera el material restante del café, que contiene compuestos que podrían usarse para fabricar combustibles y productos químicos adicionales.

"En nuestro estudio, también demostramos que la extracción del aceite no significa que el resto del material no pueda ser utilizado para algo más", destacó Francesc Medina, investigador del Departamento de Ingeniería Química que participó en la investigación.

Un objetivo central fue proteger los componentes estructurales de los posos de café restantes, conocidos colectivamente como la matriz lignocelulósica. Este material contiene celulosa, hemicelulosa y lignina, sustancias que pueden procesarse en productos como bioetanol, ácido láctico, polihidroxialcanoatos, compuestos fenólicos e ingredientes utilizados para producir combustibles de aviación sostenibles.

Eliminar el aceite puede facilitar el procesamiento del material restante. Las grasas pueden formar una barrera que impide que los disolventes y catalizadores lleguen a otros componentes útiles dentro de la materia vegetal. Al extraer los aceites sin alterar sustancialmente la estructura subyacente, los investigadores crearon un residuo más adecuado para un procesamiento posterior.

De esta manera, el método cumple dos propósitos. Recupera una fuente potencialmente valiosa de ingredientes para biodiésel mientras prepara la biomasa restante para su conversión en otros productos.

Un enfoque más simple para la producción sostenible de biocombustibles

El equipo también investigó si métodos de extracción más avanzados podrían ofrecer mejores resultados. Estos incluyeron técnicas que utilizan ultrasonido o microondas para acelerar la recuperación de aceite.

Aunque ambas alternativas pueden acelerar las etapas iniciales de extracción, ninguna ofreció una mejora global suficientemente convincente. Cuando los investigadores consideraron la pureza del aceite, la eficiencia de extracción, los requisitos de energía y el potencial de ampliar la producción a una escala industrial, el proceso por lotes convencional utilizando n-hexano bajo condiciones moderadas emergió como la opción más equilibrada.

Esa combinación de eficiencia y practicidad podría hacer que el método sea útil en biorrefinerías, instalaciones diseñadas para convertir materiales biológicos en combustibles, productos químicos y otros productos.

La investigación también apoya el objetivo más amplio de crear una economía circular, en la que los materiales que de otro modo se desecharían se reutilizan para generar valor adicional. Este enfoque es particularmente relevante a medida que las industrias buscan alternativas de combustible renovable en sectores que son difíciles de electrificar, como el transporte pesado.

Al encontrar formas de aprovechar tanto los aceites extraídos como los posos de café restantes, los científicos esperan reducir residuos mientras amplían la gama de materiales disponibles para la producción de combustibles sostenibles.

Como explicó Daniel Montané, otro investigador involucrado en el estudio, el objetivo es "transformar un producto de desecho típicamente subutilizado en varios vectores de energía y productos químicos de base biológica, y reducir el impacto ambiental asociado con su acumulación".

Los hallazgos sugieren que los posos de café desechados podrían convertirse eventualmente en una materia prima importante para la producción de combustibles renovables y otros materiales valiosos, transformando una fuente familiar de residuos cotidianos en un recurso con múltiples usos industriales.

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