Los científicos latinoamericanos
que lograron producir electricidad con desechos del café
Estos desechos ya han sido usados
para producir biocombustibles, pero es la primera vez que se utilizan para
generar electricidad. Cada año se producen en el mundo cerca de 9,5 millones de
toneladas de café en un proceso que genera grandes cantidades de desechos
contaminantes.
Detrás de cada taza humeante de
café hay un gran desafío ambiental: qué hacer con millones de toneladas de
desechos contaminantes. Un científico argentino basado en Reino Unido y su
colega colombiana encontraron una posible respuesta al problema: transformar
los residuos de café en electricidad. Estos desechos ya han sido usados para
producir biocombustibles, pero es la primera vez que se utilizan para generar
electricidad. La investigación es producto de la colaboración de Claudio
Avignone Rossa, docente de la Universidad de Surrey, en Inglaterra, con Lina
Agudelo, de la Universidad de Antioquia. Ambos aseguran que usar los residuos
del café para producir electricidad podría no sólo reducir el problema de la
polución, sino ayudar financieramente a los caficultores.
Millones de toneladas de pulpa
Cada año se producen en el mundo
cerca de 9.5 millones de toneladas de café, de acuerdo a la Organización
Internacional del Café. “El mayor problema es que la cantidad de café que se
consume en el mundo es inmensa y hay dos fuentes muy importantes de
contaminación“, explicó a BBC Mundo Rossa, especialista en biotecnología
microbiana.
La pulpa se separa para obtener
la semilla limpia, “pero la semilla representa solo el 20% del peso de la
fruta, por lo que el 80% de la materia que rodea la semilla es descartado”,
señaló Avignone Rossa.
“Una fuente está en la producción
primaria, en la cosecha del café, donde el fruto de la planta de café es
extraído. Para el café que se consume lo que importa es la semilla del fruto”.
“Y ese fruto es como una cereza o
ciruela o cualquier tipo de fruto con mucha carne. La pulpa se separa para
obtener la semilla limpia, pero la semilla representa solo el 20% del peso de
la fruta, es decir que el 80% de la materia que rodea la semilla es
descartado“.
Esa pulpa descartada es arrojada
en general a cursos de agua o a campos donde “su descomposición provoca
contaminación de las aguas o terrenos”, explicó Rossa.
Pequeños productores
En el caso de Colombia, se estima
que la producción de café es realizada “por unas 500.000 familias, así que esta
actividad impacta cerca de dos millones y medio de personas”, señaló a BBC
Mundo Agudelo, profesora e investigadora de la Escuela de Microbiología de la
Universidad de Antioquia. Cerca del 95% de todos los productores de café
en el país, son pequeños productores, es decir, que poseen menos de cinco
hectáreas para el cultivo, explicó la científica colombiana.
A nivel mundial, unos 25 millones
de pequeños productores (que cultivan menos de 5 hectáreas) son responsables
del 80% de la producción global.
Foto café despulpado por Claudio Avignone Rossa
En el caso de muchos de los
pequeños productores en Colombia que usan un proceso tradicional para obtener
el grano, “la gran mayoría de los residuos son descartados al aire libre y en
las corrientes de agua”, explicó Agudelo. “Debido al tamaño de su producción y
a los costos operativos, la mayoría de estos pequeños productores realizan un
proceso de obtención del grano de café (proceso conocido como beneficio del
café) tradicional, que es altamente contaminante”. “El beneficio de café
tradicional consume cerca de 40 litros de agua por 1 kg de café procesado”,
explicó Agudelo. “La gran mayoría de residuos son descartados al aire libre y
en las corrientes de agua, generando problemas de contaminación de las fuentes
hídricas y del ecosistema de las zonas cafeteras”.
Café instantáneo
La segunda gran fuente de
contaminación en la producción de café se produce luego de que el grano fue
lavado, secado y exportado usualmente a Europa o Estados Unidos. Allí el café
es tostado y molido para la producción de café, fundamentalmente instantáneo.
Los restos del agua que se
utiliza en la preparación de ese café instantáneo también son contaminantes. “Los
restos de la producción secundaria de café, los restos del agua que se
utiliza en la preparación de ese café instantáneo también son muy contaminantes“,
explicó Rossa. Los desechos pueden quemarse para la producción de energía o ser
sometidos a procesos de digestión anaeróbica para la producción de biogás. Pero
según Rossa, “la huella ambiental de estos procesos es muy compleja” y entre
sus posibles impactos ambientales están “la emisión de amoníaco y contaminantes
gaseosos y la liberación al medio de residuos líquidos con relativamente alto
contenido de materia orgánica”.
Celdas de combustible microbianas
¿Cómo surgió la idea de producir
electricidad a partir de café?
Avignone Rossa venía colaborando
con la Universidad de Antioquia, y esto posibilitó que Agudelo accediera a una
beca de la Fundación Newton para hacer una pasantía en su laboratorio en la
Universidad de Surrey, en Inglaterra.
Science Photo Library
Las celdas de combustible microbianas
funcionan según el mismo principio que las celdas de combustible químicas en
los vehículos a hidrógeno. “Como yo venía trabajando con dispositivos que se
llaman celdas de combustible microbianas, le propuse estudiar la posibilidad de
utilizar los residuos de la producción de café para producir electricidad”. Las
celdas de combustible microbianas funcionan según el mismo principio que
las celdas de combustible químicas en los vehículos a hidrógeno. “Cualquier
batería, como las de los automóviles o aparatos electrónicos, es un sistema
cerrado en el cual electricidad es producida mediante una reacción
electroquímica”, explicó Rossa.
“Una vez que el combustible se
agota, la producción de electricidad cesa. En una celda de combustible, el
combustible puede ser alimentado continuamente, con lo que la celda puede ser
usada indefinidamente.” “En las celdas microbianas de combustible, como las que
utilizamos nosotros, la reacción química es producida por microorganismos
que consumen los compuestos químicos presentes en los residuos de café para
obtener electrones para realizar sus funciones vitales”. “Esos microorganismos
transfieren los electrones hacia un electrodo, y esos electrones circulan por
un circuito externo hacia otro electrodo, donde se produce otra reacción
química; en nuestro caso, es la reacción con oxígeno del aire para formar
agua. Esa circulación de electrones por el circuito externo es lo que
produce una corriente eléctrica“.
Comunidades de microorganismos
Los residuos del café son mezclas
muy complejas de azúcares, proteínas, grasas, y para consumirlos es necesaria
una comunidad también compleja de microorganismos, según explicó Rossa. “Los
microorganismos en la naturaleza no existen aislados, viven en comunidades muy
estructuradas y la estructura está dada por la función que tienen”.
Fotos de Celdas por Claudio
Avignone Rossa
En el caso de las celdas
microbianas los microorganismos consumen los compuestos químicos en los
residuos de café para obtener electrones para realizar sus funciones vitales y
transfieren esos electrones a un electrodo. La comunidad de microbios usada por
los investigadores incluye desde microorganismos que degradan proteínas a los
que consumen los productos de esa degradación y los que tienen la capacidad de
transferir electrones.
“Lo que usamos en el laboratorio
son comunidades microbianas donde sabemos que hay una gran variedad de
distintas actividades metabólicas y encontramos que en nuestros experimentos la
mejor era una comunidad microbiana que proviene de las plantas de tratamiento
de agua”.
Agudelo estudia ahora la
posibilidad de usar comunidades de microorganismos asociadas a las plantas de
café.
“Emplear microorganismos de los
entornos cafeteros puede ser ventajoso, ya que éstos se encuentran mucho más
adaptados a las condiciones de la zona y a los diferentes sustratos, en este
caso los residuos del beneficio del café. Eso los hace mucho más aptos para el
proceso de degradación y/o metabolización de los sustratos a emplear”.
Science Photo
Library
El nuevo sistema permitiría
alimentar pequeños aparatos en una granja de café o pequeños sistemas de
iluminación.
Caficultores
La cantidad de electricidad que
produce el nuevo sistema “no es infinitamente grande pero serviría por ejemplo
para alimentar pequeños aparatos en una granja o pequeños sistemas de
iluminación“, explicó Rossa. “Y es posible construir apilamientos (stacks)
conectando varias unidades individuales con el fin de alcanzar los voltajes
necesarios en las aplicaciones deseadas”.
La celda usada en el laboratorio,
que tiene el tamaño de una lata de refresco, fue construida con materiales de
alta calidad a un costo de unos US$400. Pero Rossa y Agudelo lograron usar
materiales de uso doméstico como arcilla de modelado y elementos reciclables o
descartables para desarrollar “un sistema con un costo de entre dos y tres
dólares y una relativamente alta eficiencia de conversión”. Al agregar más
y más unidades, el sistema puede ser escalado. Los científicos esperan ahora
obtener fondos para construir un prototipo en Colombia.
Los investigadores ya están en
contacto con cooperativas de caficultores en Colombia para construir un
prototipo en sus granjas. “Ya conversamos con cooperativas de caficultores que
están interesados en ver si podemos construir un prototipo para probar en sus
granjas”, señaló Rossa. Para Agudelo, “si se logra desarrollar un sistema
bioelectroquímico adaptado a las necesidades de la agroindustria cafetera, que
pueda ser implementado de una manera simple y económica, se podría impactar
positivamente todo el ecosistema de las zonas cafeteras, sobre todo, los
pequeños caficultores que son los más afectados por el manejo inapropiado de
los desechos”.
Fuente: BBC Mundo
Octubre 22 2018
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