8/17/2019 Taller Tercera Entrega

http://slidepdf.com/reader/full/taller-tercera-entrega 1/5

En que consiste el proyecto de generación de Bioetanol a partir de los residuosde café (Lo más detallado y profundo posible)

BIOETANOL

El bioetanol es un biocombustible de origen vegetal que se produce a partir de

la fermentación de materia orgánica rica en azúcar (caa! remolac"a o vino)!as# como de la transformación en azúcar del almidón presente en los cereales$%e utiliza en motores de e&plosión como aditivo o sustitutivo de la gasolina$ Laproducción de bioetanol se basa en un proceso bien conocido' la fermentaciónalco"ólica$ En todos los casos se parte de almidón o celulosa$ na vez"idrolizados para obtener glucosa! ésta se somete a fermentación de donde seobtiene el etanol$ En las primeras etapas de la fermentación! cada molécula deglucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico$ partir de dic"oácido! diferentes rutas metabólicas conducen a la formación de otros tantosproductos *nales$ En la fermentación alco"ólica! que llevan a cabo laslevaduras! el producto *nal resultante es el etanol y! en menor proporción otro

alco"ol! butanodiol$ Las rutas fermentativas alternativas son activadas pordiferentes bacterias aeróbicas o anaeróbicas que compiten con las levaduras$+uanto mayor sea la proporción de estas bacterias en el cultivo! tanto menorserá la cantidad de etanol obtenida como producto *nal de la fermentación$ Elbioetanol es el biocombustible con mayor producción mundial! del que se

elaboraron más de ,-$--- millones de litros durante el ao .--, en todo elmundo$ /01

Figura 1. Proceso de producción de bioetanol [2

8/17/2019 Taller Tercera Entrega

http://slidepdf.com/reader/full/taller-tercera-entrega 2/5

1. Pulpa de ca!"

Es el primer producto que se obtiene en el procesamiento del fruto de café y

representa en base "úmeda! alrededor de ,2$345 del peso del fruto seco$ Elpromedio de la producción de pulpa es de .$.3t6"a7ao$ 8or cada millón desacos de 9- :g de café almendra que +olombia e&porta! se generan 09.;-- tde pulpa fresca! que si no se utilizan adecuadamente! producir#an unacontaminación equivalente a la generada durante un ao! en e&cretas y orina!por una población de 494$<29 "abitantes$

La pulpa de café está constituida por materia orgánica y cenizas$ demás! elcontenido de otras sustancias en base seca es de 0!2-5 de nitrógeno! .;!3-5de celulosa! ,!9-5 de "emicelulosa! 09!;-5 de lignina! -!<35 de cafe#na y2!<-5 de taninos! reporta contenidos medios! de 0<!205 para azúcares

reductores y de 04!,;5 para azúcares totales! con un valor medio de2!3;=Bri&$ /21

El bioetanol se obtiene por fermentación de medios azucarados "asta lograr ungrado alco"ólico! después de fermentación! en torno al 0-5 7 035!concentrándose por destilación para la obtención del denominado >alco"ol"idratado? (,735 de agua) o "asta llegar al alco"ol absoluto (;;!,5 de pureza!como m#nimo)! tras un proceso espec#*co de des"idratación$ Esta últimacalidad es la necesaria si se quiere utilizar el alco"ol en mezclas con gasolina!en ve"#culos convencionales$ En +enicafé! se estudió las condiciones para laobtención de alco"ol a partir de la pulpa y el muc#lago de café y encontró que>de 0-- @g de café cereza se puede obtener un 95 de melaza! por e&tracción y

concentración del Augo de la pulpa y del muc#lago! con un contenido del 235de azúcares totales y 9!0;5 de cenizas! y por fermentación alco"ólica sepueden obtener! en promedio! 0!. L de alco"ol et#lico de 43=?! equivalentes a3-- L de etanol por 0$--- arrobas de café pergamino seco$ En estudios defermentación alco"ólica! utilizando varias cepas de levaduras! se encontró unpromedio de .3!0< ml de etanol! provenientes de la fermentación de 0 @g depulpa fresca$ La capacidad calor#*ca del etanol es de .0!-4 C6L (2-)! por lotanto! se alcanzó un valor de -!32 C6@g de pulpa fresca! similar al alcanzadoen forma de biogás$

2. #uc$lago de ca!"

El muc#lago se genera en la etapa del desmucilaginado! y en base "úmeda!representa alrededor del 0,!435 del peso del fruto fresco$ En términos devolumen! por cada @ilogramo de café cereza sin seleccionar se producen ;0 mlde muc#lago fermentado$ %u producción media es de <94 @g6 "a7ao$ 8or cadamillón de sacos de 9- @g de café que +olombia e&porta! se generanapro&imadamente 33$3-- t de muc#lago fresco! que si no se utilizanadecuadamente producir#an una contaminación equivalente a la generada enun ao! en e&cretas y orina! por una población de 20-$--- "abitantes$

8/17/2019 Taller Tercera Entrega

http://slidepdf.com/reader/full/taller-tercera-entrega 3/5

En estudios de fermentación alco"ólica se encontró un valor promedio de 34!2<ml de etanol obtenido a partir de 0 @g de muc#lago fresco! equivalente! enunidades de energ#a! a 0!.2 C6@g de muc#lago$ 8roducción de etanol6saco decafé verde$ En la Dabla 0 se presentan los rendimientos de etanol que podr#anesperarse si la pulpa y el muc#lago generados en la obtención de un millón desacos de café verde! tipo e&portación! se utilizan para la producción de estebiocombustible$

Tabla 1. Bioetanol obtenido por cada %illón de sacos de ca!" &erde producido

'. Borra de ca!"

esiduo que se genera en las fábricas de café soluble y corresponde a lafracción insoluble del grano tostado$ epresenta cerca del 0-5 del peso delfruto fresco$

%e pueden obtener "asta .<!43 g de etanol a partir de 39!;4 g de celulosaproveniente de borra de café deligni*cada enzimáticamente! utilizandoprocesos de sacari*cación y fermentación simultánea$ s# mismo! reporta unpromedio del contenido de celulosa en la borra del 22!9.5! lo que permiteestimar que se pueden obtener "asta .-<!90 ml de etanol por 0 @g de borraseca! equivalentes a un poder calor#*co de ,!24 C6@g de borra seca$

(. Tallos de ca!"

Los tallos de café! provenientes de la práctica de zoqueo! son utilizados por losproductores para la cocción de alimentos y el secado del grano! contribuyendoa la conservación del bosque nativo! lo cual tiene una inFuencia directa enbene*cio del ciclo "idrológico y en la regulación del calentamiento global$ LaGederación de +afeteros! para mantener una ca*cultura productiva! promueveciclos de renovación cada cinco aos y reporta un promedio de densidad de3$--- árboles6"a$ Hurante el proceso de renovación reporta una producción demadera seca de 09 t6"a! para 3$--- árboles6"a! lo que permite calcular un

promedio de producción de -!9 @g de tallos por 0 @g de café cereza procesado$Es posible obtener bioetanol a partir de las *bras celulósicas de los tallos decafé$ Los materiales leosos presentan una composición básica de celulosaentre ,-5 y 9-5! de "emicelulosa entre .-5 y ,-5 y de lignina entre 0-5 y.35$

Balance energ"tico de la producción de etanol a partir de la pulpa ) el%uc$lago de ca!"

8/17/2019 Taller Tercera Entrega

http://slidepdf.com/reader/full/taller-tercera-entrega 4/5

En la Dabla . se presentan los resultados del balance energético del proceso deproducción de etanol a partir de la pulpa y el muc#lago de café$ Hebido a que eletanol se produce con *nes energéticos! se acepta que el balance de energ#adel proceso total es el que determinará su viabilidad económica$ %e busca quela energ#a generada por el producto sea mayor que la energ#a utilizada en sufabricación! sobre todo cuando esta última es energ#a fósil! dado que es la quese busca reemplazar$ El balance energético es positivo cuando la relaciónenerg#a de salida (la generada por el producto) sobre la energ#a de entrada (lanecesaria para obtener el producto) es mayor que 0$ 8ara el caso del etanol! laetapa de recuperación del producto (destilación)! es la que e&ige mayorenerg#a de todo el proceso! >energ#a gastada en la parte industrial? (Dabla .)$8or ello! las meAoras en el proceso de destilación tendrán mayor inFuencia en elé&ito del proceso total que las meAoras en la propia fermentación$ E&istendiferencias en la e*ciencia energética alcanzada en los cultivos$ 8ara el casodel etanol de ma#z! se reportan e*ciencias entre -!.,3 y -!20-! en contrastecon estudios que reportan valores en el rango entre 0!2- y 0!23$ 8ara el etanolobtenido de los granos de trigo y cebada el balance está alrededor de -!4,!para el sorgo var#a entre 0!00 y 0!4;! dependiendo si se utilizan lossubproductos del proceso! y para los tubérculos como la papa y la yuca estámuy cercano al punto de equilibrio energético! entre -!;0 y 0!09$ 8ara el etanolobtenido de caa de azúcar se reportan balances energéticos con una relaciónde 4!--$ Io obstante! otros autores reportan valores de 0!.3 cuando no seutilizan los residuos del proceso en la generación de energ#a y de .!,. cuandose utilizan estos residuos$

8ara el caso de los subproductos del café! el balance energético estimado esnegativo para el muc#lago obtenido utilizando agua en el desmucilaginador (-!9L6@g)! dado que el volumen a destilar para obtener 0 L de etanol es mayor$ %in

embargo! si las vinazas se utilizan para la producción de metano! el balanceenergético se vuelve positivo! pasando de -!4- a 0!.0$ %i el muc#lago seobtiene sin agua el balance energético es positivo! aun sin la utilización delmetano proveniente de las vinazas (valor de 0!0-) y con esta energ#a se llega auna relación de 0!99$ En el balance energético se tuvo en cuenta la energ#agastada en el proceso de bene*cio! para el caso del muc#lago obtenido sinagua se incrementó en un .-5 el gasto energético! previendo que el consumodel desmucilaginador puede ser mayor$ %i esta energ#a no se tiene en cuenta!los balances energéticos ser#an ligeramente mayores$ 8ara la pulpa y los Augosde la misma se tuvo en cuenta la energ#a gastada en el proceso de bene*cio yde prensado$ 8ara los Augos! el balance energético es positivo! si se tiene en

cuenta la energ#a generada en la digestión anaeróbica de las vinazas$ La pulpade café presenta el balance energético más desfavorable! de -!,3! el cual esmuy similar al encontrado en el secado mecánico de la misma$ %i al proceso sele adiciona la energ#a proveniente de la digestión anaeróbica de las vinazas!alcanza el valor de -!;0! y si se adiciona la energ#a proveniente de la digestiónanaeróbica de la pulpa residual del proceso de fermentación alco"ólica! sellega a un balance energético positivo! de 0!.9$ %e puede estimar el promediode la cantidad de etanol generado al ao por una "ectárea de café$

8/17/2019 Taller Tercera Entrega

http://slidepdf.com/reader/full/taller-tercera-entrega 5/5

Etanol= 58,37 L/t x 0,768 t/ha-año de mucílago + 25,17 L/t x 2,258 t de ula= 102 L de etanol!

 He la pulpa y el muc#lago generados al ao por 0 "a de café se puedenobtener 0-. L de etanol! que generan .$03- C de energ#a equivalente a lacontenida en 0< gal% de gasolina$

8ara obtener el etanol del muc#lago generado por 0 "a6ao! se requieren 490C (cuando se obtiene sin agua) y 0$0<4 C (cuando se utiliza un volumen deagua de 0 L6@g en el desmucilaginador mecánico) y de la pulpa generada por 0"a6ao! se requieren .$92; C! para un total entre 2$3-- y 2$40< C$ La energ#apotencial de los tallos de café generados por "ectárea! siguiendo lasrecomendaciones de renovación de cafetales (063 del área)! ser#a de 92$.-- C$%i se disean intercambiadores de calor que permitan una e*ciencia calórica enel proceso de combustión del 3-5! se dispondr#a de 20$9-- C! entre oc"o ynueve veces la energ#a necesaria en el proceso industrial de producción deetanol a partir de los subproductos del café$ La energ#a proveniente de los

tallos de café generados en el proceso de zoqueo por "ectárea es su*cientepara abastecer las necesidades energéticas del proceso de producción deetanol a partir de la pulpa y el muc#lago generados en esa misma área$

Tabla 2. Balance energ"tico del bioetanol obtenido de la pulpa ) el %uc$lagodel ca!".

*e!erencias

  /01 "ttp'66JJJ$ub$edu6ecologia6carlos$gracia68ublicaciones8HG6+ap5+25Htulo5.-,KBioetanol$pdf 

/.1 "ttp'66"i7tec"automatizacion$com6planta7de7produccion7de7bioetanol6

  /21 "ttp'66biblioteca$cenicafe$org6bitstream60-<<463,0606arc-9,(-.)<47;2$pdf