Producción de biodiesel a partir de residuos de café

Abstract

El continuo aumento de la población mundial junto a la industrialización ha hecho que se usen más los recursos naturales. Con ello se han planteado varios problemas, uno de ellos es que estos recursos son limitados, por lo que algún día acabarán y, por otro lado, el consumo de los mismos tiene un impacto medioambiental negativo ya que emiten a la atmósfera gran cantidad de gases que dan lugar al calentamiento global que venimos sufriendo desde hace años. Debido a todo esto, ha surgido una preocupación mundial, por lo que se firmó en 1997 el protocolo de Kyoto para reducir las emisiones. A partir de esta se crearon una serie de directivas europeas siendo la última la Directiva 2009/28/CE, de 23 de Abril de 2009 (también conocida como la Directiva 20/20/20), que establece los compromisos obligatorios de cada Estado miembro respecto al desarrollo de la eficiencia energética y de las renovables, los cuales permiten alcanzar los objetivos de la Unión Europea de elevar para el año 2020 la eficiencia en un 20%, la aportación de las renovables al consumo de energía primaria en otro 20% y alcanzar al menos el 10% de energías renovables para el transporte, es decir, biocombustibles. Estos objetivos permitirán reducir un 20% las emisiones de gases de efecto invernadero. Es por todo esto por lo que se le empieza a dar más importancia a las energías renovables, planteándose como energía de futuro sustitutiva de las energías fósiles. Las energías renovables para el transporte, biocarburantes, son una buena alternativa a los carburantes fósiles que usamos actualmente ya que pueden sustituir o ser mezclados con estos. Además tienen una serie de ventajas frente a los combustibles fósiles y es que disminuyen el efecto invernadero por lo que mejoran la calidad del aire, disminuyen la lluvia ácida, disminuyen la cantidad de residuos, siempre y cuando se parta de residuos como materia prima, etc. Debido a todo esto se empezó a trabajar con diferentes materias primas, al principio eran materias primas que competían con el mercado alimenticio siendo esto un problema, por lo que se comenzó a investigar con materias primas alternativas oleaginosas no comestibles, e incluso residuales como es el caso de este proyecto fin de carrera, en el que se pretende producir biodiésel a partir de residuos de café. Los procesos convencionales de obtención de biodiésel se llevan a cabo mediante el uso de catalizadores básicos, normalmente homogéneos, y a partir de aceites vegetales refinados comestibles. Sin embargo, este modo de operación conlleva importantes desventajas, que pueden ser superadas mediante el uso de catalizadores ácidos heterogéneos. En este sentido, el reciente desarrollo de catalizadores sólidos ácidos basados en grupos sulfónicos y su utilización en procesos de obtención de biodiésel a partir de aceites vegetales ha demostrado la elevada actividad que presentan dichos materiales en reacciones de transesterificación de triglicéridos con metanol, la base del proceso de producción de biodiésel. Por tanto, el objeto de la presente investigación ha sido la aplicación de este tipo de catalizadores a la producción de biodiésel a partir del aceite extraído de residuos de café molido (posos de café desechados en una cafetería) usando como disolvente para la extracción, de dicho aceite, dietil éter; es decir, evaluar la transformación del aceite en biodiésel mediante un proceso de transesterificación por catálisis ácida. También se ha evaluado la efectividad de extracción de aceite con dietil éter, y se ha analizado y caracterizado el aceite extraído empleando las siguientes técnicas: índice de acidez, estabilidad a la oxidación, viscosidad (40ºC), índice de saponificación, densidad a 15ºC, contenido en metales, perfil de ácidos grasos, contenido en agua, índice de Yodo, análisis elemental, destilación simulada, cromatografía de capa fina y cantidad de materia insaponificable. Finalmente se puede concluir que de este estudio se ha obtenido un satisfactorio rendimiento de extracción de aceite a partir del residuo de café usando dietil éter como disolvente y se han determinado las principales propiedades físico-químicas que lo hacen susceptible de ser empleado como materia prima en la producción de biodiesel. Además, se ha visto que tiene un alto contenido en acidez debido al proceso hidrolítico sufrido en la preparación del café, pudiendo destacarse la presencia de aproximadamente un 12% de materia insaponificable, así como de cantidades moderadamente elevadas de magnesio, calcio, fósforo y potasio. La reacción a FAME ha tenido un rendimiento del 32%, y se ha visto por cromatografía de capa fina que el catalizador ha sido afectado posiblemente por la presencia de colesterol y compuestos polares que contenía el aceite de partida, de modo que es posible que se haya producido la esterificación de ácidos grasos libres y no la transesterificación de los glicéridos. Por último, se ha visto que el rendimiento de reacción no disminuyó usando por segunda vez el mismo catalizador recuperado con un lavado con metanol y hexano durante 30 minutos en ultrasonidos.