Los científicos latinoamericanos que lograron producir electricidad con desechos del café
23/10/2018 - 09:16:01
BBC.- Detr�s de cada taza humeante de caf� hay un gran desaf�o ambiental: qu� hacer con millones de toneladas de desechos contaminantes.
Un cient�fico argentino basado en Reino Unido y su colega colombiana encontraron una posible respuesta al problema: transformar los residuos de caf� en electricidad.
Estos desechos ya han sido usados para producir biocombustibles, pero es la primera vez que se utilizan para generar electricidad.
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La investigaci�n es producto de la colaboraci�n 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 caf� para producir electricidad podr�a no s�lo reducir el problema de la poluci�n, sino ayudar financieramente a los caficultores.
Millones de toneladas de pulpa
Cada a�o se producen en el mundo cerca de 9,5 millones de toneladas de caf�, de acuerdo a la Organizaci�n Internacional del Caf�.
"El mayor problema es que la cantidad de caf� que se consume en el mundo es inmensa y hay dos fuentes muy importantes de contaminaci�n", explic� a BBC Mundo Rossa, especialista en biotecnolog�a microbiana.
"Una fuente est� en la producci�n primaria, en la cosecha del caf�, donde el fruto de la planta de caf� es extra�do. Para el caf� 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 descomposici�n provoca contaminaci�n de las aguas o terrenos", explic� Rossa.
Peque�os productores
En el caso de Colombia, se estima que la producci�n de caf� es realizada "por unas 500.000 familias, as� que esta actividad impacta cerca de dos millones y medio de personas", se�al� a BBC Mundo Agudelo, profesora e investigadora de la Escuela de Microbiolog�a de la Universidad de Antioquia.
Cerca del 95% de todos los productores de caf� en el pa�s, son peque�os productores, es decir, que poseen menos de cinco hect�reas para el cultivo, explic� la cient�fica colombiana.
"Debido al tama�o de su producci�n y a los costos operativos, la mayor�a de estos peque�os productores realizan un proceso de obtenci�n del grano de caf� (proceso conocido como beneficio del caf�) tradicional, que es altamente contaminante".
"El beneficio de caf� tradicional consume cerca de 40 litros de agua por 1 kg de caf� procesado", explic� Agudelo.
"La gran mayor�a de residuos son descartados al aire libre y en las corrientes de agua, generando problemas de contaminaci�n de las fuentes h�dricas y del ecosistema de las zonas cafeteras".
Caf� instant�neo
La segunda gran fuente de contaminaci�n en la producci�n de caf� se produce luego de que el grano fue lavado, secado y exportado usualmente a Europa o Estados Unidos.
All� el caf� es tostado y molido para la producci�n de caf�, fundamentalmente instant�neo.
"Los restos de la producci�n secundaria de caf�, los restos del agua que se utiliza en la preparaci�n de ese caf� instant�neo tambi�n son muy contaminantes", explic� Rossa.
Los desechos pueden quemarse para la producci�n de energ�a o ser sometidos a procesos de digesti�n anaer�bica para la producci�n de biog�s.
Pero seg�n Rossa, "la huella ambiental de estos procesos es muy compleja" y entre sus posibles impactos ambientales est�n "la emisi�n de amon�aco y contaminantes gaseosos y la liberaci�n al medio de residuos l�quidos con relativamente alto contenido de materia org�nica".
Celdas de combustible microbianas
�C�mo surgi� la idea de producir electricidad a partir de caf�?
Avignone Rossa ven�a colaborando con la Universidad de Antioquia, y esto posibilit� que Agudelo accediera a una beca de la Fundaci�n Newton para hacer una pasant�a en su laboratorio en la Universidad de Surrey, en Inglaterra.
"Como yo ven�a trabajando con dispositivos que se llaman celdas de combustible microbianas, le propuse estudiar la posibilidad de utilizar los residuos de la producci�n de caf� para producir electricidad".
Las celdas de combustible microbianas funcionan seg�n el mismo principio que las celdas de combustible qu�micas en los veh�culos a hidr�geno.
"Cualquier bater�a, como las de los autom�viles o aparatos electr�nicos, es un sistema cerrado en el cual electricidad es producida mediante una reacci�n electroqu�mica", explic� Rossa.
"Una vez que el combustible se agota, la producci�n 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 reacci�n qu�mica es producida por microorganismos que consumen los compuestos qu�micos presentes en los residuos de caf� 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 reacci�n qu�mica; en nuestro caso, es la reacci�n con ox�geno del aire para formar agua. Esa circulaci�n de electrones por el circuito externo es lo que produce una corriente el�ctrica".
Comunidades de microorganismos
Los residuos del caf� son mezclas muy complejas de az�cares, prote�nas, grasas, y para consumirlos es necesaria una comunidad tambi�n compleja de microorganismos, seg�n explic� Rossa.
"Los microorganismos en la naturaleza no existen aislados, viven en comunidades muy estructuradas y la estructura est� dada por la funci�n que tienen".
La comunidad de microbios usada por los investigadores incluye desde microorganismos que degradan prote�nas a los que consumen los productos de esa degradaci�n 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 metab�licas 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 caf�.
"Emplear microorganismos de los entornos cafeteros puede ser ventajoso, ya que �stos se encuentran mucho m�s adaptados a las condiciones de la zona y a los diferentes sustratos, en este caso los residuos del beneficio del caf�. Eso los hace mucho m�s aptos para el proceso de degradaci�n y/o metabolizaci�n de los sustratos a emplear".
La cantidad de electricidad que produce el nuevo sistema "no es infinitamente grande pero servir�a por ejemplo para alimentar peque�os aparatos en una granja o peque�os sistemas de iluminaci�n", explic� 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 tama�o 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 dom�stico como arcilla de modelado y elementos reciclables o descartables para desarrollar "un sistema con un costo de entre dos y tres d�lares y una relativamente alta eficiencia de conversi�n".
Al agregar m�s y m�s unidades, el sistema puede ser escalado.
Los cient�ficos esperan ahora obtener fondos para construir un prototipo en Colombia.
"Ya conversamos con cooperativas de caficultores que est�n interesados en ver si podemos construir un prototipo para probar en sus granjas", se�al� Rossa.
Para Agudelo, "si se logra desarrollar un sistema bioelectroqu�mico adaptado a las necesidades de la agroindustria cafetera, que pueda ser implementado de una manera simple y econ�mica, se podr�a impactar positivamente todo el ecosistema de las zonas cafeteras, sobre todo, los peque�os caficultores que son los m�s afectados por el manejo inapropiado de los desechos".
