Extracción supercrítica de fracciones lipídicas de residuos de café para su transformación en biodiésel
Fecha
2011-06
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Editor
Universidad Rey Juan Carlos
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Resumen
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.
Descripción
Proyecto Fin de Carrera leído en la Universidad Rey Juan Carlos en el curso académico 2010/2011. Directores del Proyecto: Alicia García Sánchez y José Iglesias Morán
Colaboradora: Rebeca Sánchez Vázquez