Los científicos latinoamericanos que lograron producir electricidad con desechos del café

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.

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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.

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.

“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.

“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 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.

“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”.

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”.

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.

“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”.

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