Ciencia
Exponiendo en laboratorio la cereza o baya de este grano a temperaturas entre 180 y 300 oC, químicos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) descubrieron que esta se puede transformar en valiosos productos para la generación de químicos plataforma, de alto valor agregado, que ayuden a obtener combustibles naturales, gas, y por si fuera poco ¡electricidad!
Por: Juan Esteban Correa Rodríguez
En el laboratorio los residuos de café adquieren un potencial enorme, pues al reaccionar a altas temperaturas se convierten en materiales para la industria
Los residuos de la producción de café son las secuelas, a menudo olvidadas, de los procesos cafeteros. Durante la cosecha, los frutos maduros o cerezas del café arábica (Coffea arabica) se recolectan y llevan al beneficiadero, el espacio destinado en las fincas para despulpar, fermentar, lavar y secar los granos que se convertirán en pergamino seco cuando se van a comercializar.
Aunque el café es la materia prima más comercializada después del petróleo, y solo en Colombia genera alrededor de 529.446 empleos directos, su agroindustria también es una de las que más residuos produce: alrededor de 10 millones de toneladas anuales en el mundo.
La producción colombiana en 2021 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 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 Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Bogotá, aplicó biorrefinería hidrotermal, un proceso limpio y que no utiliza productos químicos adicionales que pueden contaminar, 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 (se utiliza en la industria plástica, alimentaria y farmacéutica), ácido fórmico (en la industria textil, papelera, de medicamentos y cosmética), furfural (compuesto químico empleado para fabricar resinas y plásticos, 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 300oC.
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 podría lograr 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!
Para la investigación, la magíster Lozano se dirigió a Santandercito (Cundinamarca), municipio ubicado a 30km de Bogotá y muy cerca al famoso Salto del Tequendama, reconocido por sus cultivos de plátano, mandarina, tomate, y por supuesto café, y en una finca recogió 5kg 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 se controla; este recipiente se pone en un reactor especial capaz de aumentar la temperatura y la presión a los niveles necesarios para el estudio”, explica el investigador.En este “termo” se colocan los residuos de café y agua para luego llevarlos al reactor y aumentar la temperatura.
El proceso se realizó una y otra vez en distintas proporciones para observar cuál era la más indicada, y se halló que lo ideal era hacerlo con 5g de café y 95g 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 180oC 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.Sophia Lozano Pérez, magíster en Química de la UNAL.
“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 220oC los azúcares se convirtieron en ácido levulínico, ácido fórmico, furfural y HMF, con rendimientos que llegan al 40%”, indica.
Estos compuestos se separan mediante una técnica llamada cromatografía de intercambio iónico, para aprovecharlos de manera individual, excepto el furfural y el HMF, que aún presentan valores de 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”.
Portada tomada de: Nicol Torres, Unimedios.
Publicado por Periódico Unal el 22 de mayo de 2024
