Extracción supercrítica de fracciones lipídicas de residuos de café para su transformación en biodiésel

Abstract

El biodiésel se define como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales o grasas de animales. Es uno de los combustibles alternativos con mayor crecimiento en los últimos años. Además es biodegradable, no tóxico y con bajas tasas de emisión de CO2 en comparación con combustibles convencionales. La Transesterificación es la principal reacción química empleada para la obtención del biodiésel partiendo de los triglicéridos contenidos en las materias primas. La producción de biodiésel se encuentra fuertemente condicionada por la legislación en materia medioambiental y por factores sociales y económicos. El biodiésel se produce principalmente a partir de materias primas vegetales, lo cual incide sobre la seguridad alimentaria, especialmente en los países en vías de desarrollo. Con el fin de evitar estos problemas, se han realizado investigaciones enfocadas en los llamados "biocombustibles de segunda generación", los cuales son producidos a partir de residuos tales como el aceite de fritura usado, grasas animales, lodos de depuradora de tratamiento de aguas residuales o la fracción lipídica extraída de los posos de café. El uso de residuos como materia prima para la preparación de biodiésel resulta una alternativa energética respetuosa con el medio ambiente, de elevada fiabilidad económica y que además aprovecha la energía renovable de la biomasa. Aunque muchos de estos residuos presentan problemas de disponibilidad, esta desventaja no es un problema en el caso de utilizar como materia prima el residuo del poso del café, ya que el café es el segundo producto más distribuido en el mundo. Además actualmente existe una importante infraestructura relacionada con la distribución del café, así como un creciente número de plantas de producción de biodiésel. No obstante, el principal inconveniente de la extracción de los lípidos del poso del café es la necesidad de la utilización de disolventes orgánicos, los cuales son perjudiciales para el medio ambiente. Sin embargo, este problema puede evitarse si se recurre a la extracción supercrítica con CO2. Debido a lo mencionado, el objeto de este trabajo es la puesta en marcha de una planta de extracción con CO2 supercrítico. Posteriormente, se ha evaluado el rendimiento de extracción de fracciones lipídicas de posos de café, a distintos tiempos y empleando como disolventes CO2 supercrítico y una mezcla de este con n-Hexano. Paralelamente, se han realizado extracciones convencionales con disolventes orgánicos, concretamente n-Hexano y Dietil éter, con fines comparativos. Para establecer las condiciones de trabajo, mediante el uso del software Aspen Plus, se ha recurrido a la simulación de los parámetros termodinámicos más relevantes del sistema de extracción, con el fin de establecer las condiciones de presión y temperatura de trabajo. Utilizando el mismo software, se ha evaluado la posibilidad de mejorar el aprovechamiento del CO2 y de la energía consumida por la planta de extracción supercrítica. A continuación se han evaluado las propiedades de los lípidos obtenidos con cada método de extracción, para ello se ha recurrido a los ensayos de caracterización del aceite que miden el contenido en materia insaponificable, el índice de acidez, el perfil de ácidos grasos y el contenido en glicéridos. Por último, se ha procedido a la transesterificación de los aceites obtenidos utilizando catalizadores ácidos heterogéneos con el fin de evaluar su rendimiento en biodiésel. Las medidas de los rendimientos de extracción indican que se extrae una mayor cantidad de aceite del poso del café si se emplean disolventes orgánicos, no obstante, tal como se indica más adelante, las propiedades del aceite obtenido por extracción supercrítica con CO2 son más interesantes desde el punto de vista cualitativo. Puede concluirse en base a las simulaciones realizadas, que desde la perspectiva teórica es posible optimizar el proceso mejorando el aprovechamiento de la energía y del CO2 empleados, siempre que se establezca un compromiso entre el ahorro energético y del CO2 consumidos frente a la calidad del producto, haciendo este método de extracción más viable desde el punto de vista económico. Si se comparan con los aceites obtenidos por extracción con disolventes orgánicos, los aceites extraídos con CO2 supercrítico presentan un mayor índice de acidez, lo cual supone un mayor contenido en ácidos grasos libres. Además contienen una menor cantidad de materia insaponificable y glicéridos, compuestos que dificultan la reacción de transesterificación. Cabe destacar que los aceites obtenidos por extracción supercrítica con CO2 presentan un mayor contenido en ácidos grasos saturados con respecto a los aceites extraídos con disolventes orgánicos. Los resultados obtenidos en la caracterización indican, por tanto, que las propiedades de los aceites producidos por extracción con CO2 supercrítico favorecen la obtención de mayores rendimientos en biodiésel tras la reacción de transesterificación. Cuando se han utilizado como materia prima aceites producidos por extracción convencional se han obtenido rendimientos en biodiésel que varían entre un 31,3% y un 64,3%, en función del disolvente orgánico utilizado para la extracción y el catalizador empleado en la reacción. Finalmente, los rendimientos obtenidos con los aceites extraídos con CO2 supercrítico se encuentran entre un 93,9% y un 96,9% en función del catalizador que se utilice en la transesterificación, comprobándose que se obtienen los resultados esperados. Teniendo en cuenta que la normativa vigente exige que el contenido en FAME del biodiésel supere el 96,5% para poder ser comercializado; en base a este parámetro se puede concluir que la extracción de fracciones lipídicas de posos de café con CO2 supercrítico, da lugar a la obtención de aceites que sometidos a reacción de transesterificación con un catalizador adecuado, se transforman en un biodiésel comercializable, a diferencia del biodiésel obtenido de los aceites extraídos con disolventes orgánicos, que no cumple este requisito.