VALORIZACIÓN DE LA BORRA DEL CAFÉ: PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Y
 5-HIDROXIMETILFURFURAL/FURFURALUniversidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Cecilia, Juan Antonio

Maireles-Torres, Pedro Jesús

Malpartida-García, Irene

Moreno-Tost, Ramon

Perez Merchan, antonio manuel

Spanish

Pérez Merchán, Antonio Manuel

Cecilia-Buenestado, Juan Antonio

Moreno-Tost, Ramón

Repositorio Institucional Universidad de Málaga

VALORIZACIÓN DE LA BORRA DEL CAFÉ: PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Y5-HIDROXIMETILFURFURAL/FURFURAL A. M. Pérez-Merchán1, I. Malpartida-García2, J.A. Cecilia1, R. Moreno-Tost1, P. Maireles-Torres11Departamento de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía (Unidad Asociada al ICP-CSIC), Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, Campus de Teatinos, 29071 Málaga, España 2 Deasyl, S.A., Plan-les-Ouates, Geneva, Switzerlanda.perez@deasyl.ch IntroducciónLa valorización de residuos en productos químicos de alto valor añadido, dentrodel contexto de la Economía Circular, se está impulsando debido a la creciente escasezde los limitados recursos fósiles y al calentamiento global. Para ello, se requiere eldesarrollo de tecnologías sostenibles que permitan la transformación de estos residuos,principalmente de origen biomásico, en biocombustibles y productos químicos.La borra del café (Spent Coffee Grounds, SCG) es uno de los residuos con mayorgeneración, tanto procedente del grano entero o molido como del café soluble. Losdiferentes componentes del café usado pueden separarse y posteriormente valorizarseen presencia de catalizadores heterogéneos y homogéneos.1Granos del caféBebida del caféBorra del caféLípidos (+ Extraíbles) Sólido 1Licor de Café Sólido 2Furfural y 5- HMF Carbón activo Extracción con n-hexanoAutohidrólisisPirólisisDeshidratación (Catálisis Heterogénea)Biodiesel Transesterificación(Catálisis Heterogénea)Figura 1. Esquema general de la valorización de la borra de caféEn este trabajo se exponen los resultados obtenidos en la obtención de biodiésel apartir de los lípidos extraídos de los SCG, en presencia de digliceróxido cálcico comocatalizador heterogéneo básico, así como en la obtención de licores de azúcares porhidrólisis ácida con acido sulfúrico, y la transformación del residuo sólido en carbónactivo de alta superficie.ResultadosMuestra Peso (g) Disolvente (L) % Extraíbles y Lípidos %LípidosBorra del Café 30 0,3 15 7Los lípidos se analizaron mediante cromatografía de gases identificándose los ácidos grasos recogidos en la Figura 2.La reacción de transesterificación2 se realizó en presencia de digliceróxido de calcio (Tabla 3), cuyo difractograma de rayos X se presenta en la Figura 3.CondicionesTemperatura (ºC) 60Tiempo (h) 2Lípidos : Metanol 1:12Ca(C3H7O3)2 wt.% 2Figura 2. Porcentaje de los diferentes tipos de ácidos grasos.Figura 3. Difractograma de Rayos X del digliceroxido cálcico.Tabla 2. Condiciones y porcentaje de extracción con Soxhlet Tabla 3. Condiciones de transesterificación Tabla 4. Porcentaje de contribución de cada éster-metílico y rendimiento.ConclusiónReferenciasAgradecimientosSe agradece al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (RTI2018-094918-B-C44), a la Unión Europea (Fondos Feder: UMA18-FEDERJA-171) y a la Universidad de Málaga por su financiación. A.M. Perez Merchan agradece a Deasyl su contrato predoctoral.El sólido 1 contiene celulosa, hemicelulosa, lignina y una baja proporción de proteínas. Este seha sometido a un proceso de hidrólisis para fragmentar la fracción hemicelulósica y obtener licorescon los monosacáridos presentes, que se analizaron por HPLC (Tabla 5).Para realizar un estudio mas exhaustivo, algunas muestras se sometieron a un pre-tratamientomecanoquímico.Condiciones SCG 1 SCG 2 SCG 3 SCG 4 SCG 5 SCG 6 SCG 7 SCG 8 SCG 9Temperatura (ºC) 180 180 180 180 180 180 180 180 180Tiempo (h) 1 0,25 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5SCG : Agua 1:10 1:10 (0,4 % H2SO4) 1:10 (0,4 % H2SO4) 1:10 1:10 1:12,5 1:12,5 1:12,5 1:12,5g Azucares / g SCG 0,010 0,210 0,130 0,003 0,006 0,002 0,007 0,013 0,007Pretratamiento mecanoquímico - - - 0,5 h 25ºC 4 h 25ºC 0,5 h 40 ºC 4 h 40 ºC 0,5 h 55ºC 4 h 55 ºCTabla 5. Obtención de azúcares a partir de los SCG051015202530354045  14:0  16:0  16:1  17:0  18:0  18:1n-9 cis 18:2n-6 cis 18:3  20:0  20:1  21:0  20:2  22:0  23:0  24:0% Relativo de abundanciaÁcidos grasosSe realizaron pruebas para la producción de furfural y 5-HMF a partir del licor SCG 1 dandoresultados bastante positivos, aunque se requiere llevar a cabo dicho proceso a partir del licor conmayor porcentaje de azúcares .Por otro lado el sólido 2, que contiene en su mayoría la fracción lignocelulósica, se piroliza900ºC durante 2 horas, después de activarse con KOH, en atmósfera de nitrógeno. Su isoterma deadsorción-desorción de nitrógeno y los datos texturales se exponen en la Figura 5 y Tabla 6,respectivamente.01002003004000 0,2 0,4 0,6 0,8 1Cantidad Nitrógeno  Adsorbida  (cm³/g STP)Presión relativa (P/Po)CAFE-KOH - Adsorption CAFE-KOH - DesorptionFigura 5. Isotermas de adsorción-desorción de N2 a -196 ºC del residuo sólido pirolizado en presencia de KOH MuestraSL St Sext Vp Diámetro medio poros(m2g-1) (m2g-1) (m2g-1) (cm3g-1) P/P0= 0.943 (nm)Café KOH 1359 1330 29 0,496 0,62Tabla 6. Datos texturales de los carbones activos obtenidos mediante pirólisis del residuo sólido de la borra del café, después de extracción. En este trabajo se ha demostrado que es posible valorizar de forma integral la borra de café (SCG):1) Se ha optimizado el proceso de extracción de lípidos mediante mecanoquímica obteniendo buenosresultados en tan solo 1 hora de tratamiento.2) La producción de biodiésel mediante catálisis heterogénea alcanzó un 98,35 % de rendimiento,aunque se requiere la optimización de las condiciones experimentales.3) La hidrólisis de la fracción hemicelulósica en medio débilmente acido permitió obtener licores deazúcares, que pueden deshidratarse para producir furfural y 5-HMF.4) El carbón activo producido presentaba excelentes propiedades texturales y podría usarse paracatálisis y otras aplicaciones.La extracción de lípidos se realizó mediante mecanoquímica modificando diferentes parámetros experimentales (Tabla 1), y se comparó con la extracción en Soxhlet (Tabla 2).Condiciones % Extracción Condiciones % Extracción1h ; 25ºC ; 0,5 mm 5,74 2h ; 25ºC ; 0,5 mm 8,451h ; 25ºC ; 1 mm 7,24 2h ; 25ºC ; 1 mm 8,441h ; 40ºC ; 0,5 mm 7,33 2h ; 40ºC ; 0,5 mm 10,091h ; 40ºC ; 1 mm 8,13 2h ; 40ºC ; 1 mm 9,691h ; 55ºC ; 0,5 mm 8,96 2h ; 55ºC ; 0,5 mm 10,431h ; 55ºC ; 1 mm 9,11 2h ; 55ºC ; 1 mm 9,83Método/Condiciones % Extracción Relación SCG : n - hexanoMecanoquímica/1h ; 55ºC ; 1 mm 10,74 1:10Mecanoquímica/1h ; 55ºC ; 1 mm 8,12 1:08Soxhlet / 1h ; 69ºC 9,57 1:10Lípido C14:0 C15:0 C16:0 C18:0 C18:1n9tÁrea % 0,09 0,03 29,83 6,09 0,02Lípido C18:1n9C C18:2n6C C18:3n3 C20:0 C20:1Área % 13,06 45,45 0,75 1,98 0,45Total 98,35Tabla 1. Optimización de la extracción de lípidos (+extraíbles) mediante mecanoquímica. 1. Malpartida, I., Maireles Torres, P., Vereda, C., Rodríguez Maroto, J.M., Halloumi, S., Lair, V., Thiel, J. y Lacoste, F., 2020. Semi-continuous mechanochemical process for biodiesel production under heterogeneous catalysisusing calcium diglyceroxide. Renewable Energy, vol. 159, pp. 117–126. ISSN 18790682. DOI 10.1016/j.renene.2020.05.020. 2. Ballesteros, L.F., Teixeira, J.A. y Mussatto, S.I., 2014. Chemical, Functional, and Structural Properties of Spent Coffee Grounds and Coffee Silverskin. Food and Bioprocess Technology, vol. 7, no. 12, pp. 3493–3503. ISSN 19355149. DOI 10.1007/s11947-014-1349-z. 

Valorización de la borra del café: producción de biodiesel y 5-hidroximetilfurfural/furfural

https://riuma.uma.es/xmlui/bitstream/10630/24712/1/Poster%20%20-%20%20Antonio%20Manuel%20Perez%20Merchan_rev.%20%28Copia%20en%20conflicto%20de%20Pedro%20J.%20Maireles-Torres%202022-07-05%29.pdf

Valorización de la borra del café: producción de biodiesel y 5-hidroximetilfurfural/furfural

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repositorio Institucional Universidad de Málaga