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

12

• 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