Dr. Justinus A. Satrio
Departamento de Ingeniería Química&
Centro de de Avance y Sustentabilidad en Ingeniería de la Universidad de Villanova (VCASE)
Presentado en:
El 1er Congreso cafetalero del Norte de Nicaragua
Mayo 25, 2012
Potencial de la Cascarilla de Café Como Fuente de Energia, Combustible y Químicos
Fundada en 1842 por el Orden de San Augustin,
Mas de 10,000 ingenieros, maters y doctores, y estudiantes de derecho
Universidad #1 (Universidades Regionales—Norte), Reporte U.S.News & World
Donde está situada la Universidad?
Estado de Pensilvania Ciudad de Filadelfia, 5ta ciudad más grande de
los E.E.U.U.
Colaboración USA – Instituciones nicaragüenses
Universidad de Villanova
Agricultura, Empresas
Importancia para la economia Nicaragüense: Producido en mas de 100,000 ha Aproximadamente 30,000 fincas , empleando a unas 200,000 personas Generando aprox. $ 140 millones de USD. anuales
Incremento en los indices de producción 1999: 75,000 tons de café verde 2012: 120,000 tons de café verde (fuente: USDA)
Antecedentes
El café es uno de los principales rubros en la agricultura nicaragüense.
La calidad es conocida a nivel mundial
Antecedentes El procesamiento de café resulta en la producción de residuos
en forma de cascarilla Actualmente en Nicaragua, el uso de los residuos de café es
limitado. Es visto mayormente como desperdicio causante de problemas ambientales.
Cascarilla de Café
Granos de Café
Café
CaféGranos
Cascarilla
Alimento & Bebidas
Combustible sólido para procesamiento y generacíón de energía Briquetas
Bioproductos. Ej:Productos químicos
Combustible para Transporte: Etanol, Diesel, Gasolina
Usos del café y derivados
Cascarilla utilizada como fertilizante orgánico
Cascarilla Cascarilla + abono para compost
Cascarilla como medio para el crecimiento de hongos
Fertilizante orgánico
Champiñones
Cascarilla como combustible sólido
Peletización
Cascarilla Briquetas
Combustible para calentamiento
Combustible para cocinar
Cascarilla
Briquetas queman mejor con menor emisión comparado con la leña, siendo beneficioso para el medio ambiente.
Utilizarlo para la cocina ayuda a evitar impacto negativo en la salud en las mujeres y niños de áreas rurales
Cascarilla para hacer paneles
Triturar
Uniendo y comprimiento
CascarillaPara la construcción y muebles
Cascarilla triturada
Producción de químicos a base de cascarilla
Reacción química y extracción
Acido cítrico
Insecticidas
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• Desarrollado para sobrellevar las limitantes de los de 1era generación (Combustible vs. Alimento)
• Materia Prima: cultivos no alimentarios, e.g madera, desechos orgánicos, desechos agrícolas & cultivos específicos de biomasa
Cascarilla como combustible de 2da generación
Enfoque para la sintetización de Biocombustible a base de Biomasa
• Química (plataforma lípida)• Bioquímica (azúcar)• Termoquímica:
– Gasificación– Pirólisis
Biorefinería a base de lípidos
Procesos a base de aceites• Es posible la elaboración de aceites a base de plantas
Methanol , Catálisis65o C, 30-60 min.
Biorefinería a base de lípidos: Retos
La materia prima constituye hasta un 70% del costo total de producción de biodiesel. La obtención de aceites
baratos es fundamental.Aceite de Soya
Jathropha
Aceite de cosina
Biodisel a base de aceite de café• El aceite extraido de sedimento/residuo de café puede ser
utilizada como fuente de producción de biodisel. Contiene 15% de peso en aceite.
Residuos
Aceite de café
Bio-combustible
Extracción
Biorefinería química
Biorefinería química a base de celulosa • Similaridades con el etanol de maíz convencional :– Pretratamiento– Sacarificación (azúcar C5 y C6 )– Fermentación (azúcares C5 y C6)
CO2
Enzymas de la Celulosa
Fermentación
SacarificaciónPretratamiento
Destilación
AguaC5 & C6
Etanol & otros productos resultados de la fermentacón
Cascarilla
Biorefinerías térmicas
Aplicar calor para descomponer la Biomasa en componentes más pequeños
Gasificación
Al estar expuesto al calor y a un oxidante, la biomasa se decompone en compuestos gaseosos simples (i.e. H2 and CO) los cuales pueden ser quemados para producir energía o ser utilizados como bloques de construcción para la producción de sustancias químicas complejas o combustible.
Acidos orgánicosAlcoholesEstersHydrocarburos
CO + H2
CO2 + H2O Calor
GAS
IFIC
ACIÓ
N
REFORMAS + WGS Hidrógeno
Energía Termal
Células de Combustible
Combustible & químicos
Aire
Vapor
COMBUSTION
CATALISIS/ FERMENTACIÓN
Limpieza
Carbón
Aire/O2/Vapor
Liquificacíon de la biomas por el proceso de pirólisis• La descomposición termal acelerada
de materia orgánica en ausencia de oxígeno, produce líquidos, carbón, gas
Obtenciónaceite: 60 - 70%carbón: 12 -15%Gas: 13 - 25%
Calor 500oCSin oxígeno
Bio-petróleo crudo
Bio-CarbónCascarillas
Usos del bio-petróleo crudo
Bio-petróleo crudo
CombustiónCalor para la generación de energía
Procesos de reacción química
Gasolina, Diesel, Químicos
Usos del biocarbón
Bio-Carbón
Procesos de activación
Incorporación al suelo
-Fertilizante-Mejoramiento en la calidad del suelo
Carbón activado
La utilización de biomasa para la producción de químicos y bioenergía no se trata solamente
del desarrollo tecnológico
Se trata de un proceso de cadena de suministro desde la producción de biomasa, hasta la
utilización de los productos derivados de la biomasa
El sistema de biorefinería y biomasa
“Si un paso en la cadena de valor no funciona, la cadena de valor entera no funciona”
Germplasma ProcesamientoCultivo cosecha Transporte almacenamiento
Falta de atención a los motores económicos
Empresas agrícolas Empresas de energía
Cadena de valor agrícola y de bioenergía
“Si un paso en la cadena de valor no funciona, la cadena de valor entera no funciona”
Existen muchos potenciales usos en la cascarilla de café para la producción de productos de valor.
La utilización de la cascarilla de café tiene un impacto positivo en la naturaleza y en la provisión de oportunidades enonómicas mediante el incremento de los ingresos y la generación de oportunidades de trabajo.
Conclusiones
En Nicaragua se requieren de esfuerzos en el campo
de la investigación y desarrollo con el fin de determinar el uso más prometedor de la cascarilla, involucrando a las autoridades académicas, las instituciones académicas, gubernamentales y privadas.
Se requiere de un análisis detallado en cuanto a la viabilidad técnica, económica y los impactos sociales y ambientales de las tecnologías involucradras en la utilización de cascarilla de café.
Conclusiones