PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE LAS GRASAS EXTRAÍDAS DE LA BORRA DE CAFÉ MEDIANTE UN PROCESO EN DOS ETAPAS: ESTERIFICACIÓN CON H2SO4 Y TRANSESTERIFICACIÓN CON KOH

  • Cateryna Aiello Mazzarri Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela http://orcid.org/0000-0002-3061-1115
  • Yenmilet Salazar Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela
  • Aidin Urribarrí Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela
  • Elsy Arenas Dávila Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
  • John Sánchez Fuentes Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela.
  • Fredy Ysambertt Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela.
Palabras clave: borra de café, biodiesel, esterificación, transesterificación

Resumen

Se evaluó la producción de biodiesel a partir de las grasas extraídas de la borra del café mediante un proceso en dos etapas. La borra de café recolectada se secó en estufa a 60°C durante 12 horas y se sometió a un proceso de extracción a reflujo con hexano como solvente. Las grasas extraídas presentaron una elevada acidez, 32,07 ± 0,01 % (70,24 ± 0,03 mg KOH/g grasa) indicando un alto contenido de ácidos grasos libres (AGL). En la primera etapa, las grasas se esterificaron a 60°C y 100 rpm, estudiando el efecto de la relación molar grasa/metanol (RMG:MeOH), la concentración de catalizador (H2SO4) y el tiempo de reacción sobre la conversión de los AGL en ésteres metílicos. Se encontró un 94,92% de conversión de las ácidos grasos libres a ésteres metílicos a las mejores condiciones, concentración de H2SO4 al 0,7%, RMG:MeOH de 1:6 durante 120 min, garantizando la reducción de los niveles de acidez de las grasas por debajo de 1%. En la segunda etapa, las grasas previamente esterificadas se sometieron a un proceso de transesterificación catalizada con KOH (1,5 % m/v) en presencia de metanol (RMG:MeOH de 1:15) a 60°C y 100 rpm durante 30 minutos, separando la mezcla por decantación y purificando el biodiesel obtenido mediante lavados sucesivos con agua acidulada. El biodiesel obtenido resultó ser una mezcla de los esteres metílicos de los ácidos linoleico (48,40%), palmítico (36,21%), esteárico (8,69%) y oleico (6,69%), con una concentración total de 112,924 ± 7,768 g/L, cuyas propiedades se ajustan a los requerimientos de las Normas ASTM D-6751 y EN 14214 

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Referencias

Meher, L. C., Sagar, D. V., & Naik, S. N. (2006). Technical aspects of biodiesel production by transesterification - a review. Renewable and sustainable energy reviews, 10(3), 248-268. DOI: 10.1016/j.rser.2004.09.002

Sinha, S., Agarwal, A. K., & Garg, S. (2008). Biodiesel development from rice bran oil: Transesterification process optimization and fuel characterization. Energy conversion and management, 49(5), 1248-1257. DOI: 10.1016/j.enconman.2007.08.010

Limayem, A., & Ricke, S. C. (2012). Lignocellulosic biomass for bioethanol production: current perspectives, potential issues and future prospects. Progress in Energy and Combustion Science, 38(4), 449-467. DOI: 10.1016/j.pecs.2012.03.002

Albernas-Carvajal, Y., Corsano, G., Morales-Zamora, M., González-Cortés, M., Santos-Herrero, R., & González-Suárez, E. (2014). Optimal design for an ethanol plant combining first and second-generation technologies. CT&F-Ciencia, Tecnología y Futuro, 5(5), 97-120.

Dias, J.M.; Alvim-Ferraz, M.C.M.; Almeida, M.F., (2009). Production of biodiesel from acid waste lard. Bioresource Technology, 100, 6355-6361 DOI: 10.1016/j.biortech.2009.07.025

Apostolakou, A. A., Kookos, I. K., Marazioti, C., & Angelopoulos, K. C. (2009). Techno-economic analysis of a biodiesel production process from vegetable oils. Fuel Processing Technology, 90(7), 1023-1031. DOI: 10.1016/j.fuproc.2009.04.017

Zięba, A., Drelinkiewicz, A., Chmielarz, P., Matachowski, L., & Stejskal, J. (2010). Transesterification of triacetin with methanol on various solid acid catalysts: A role of catalyst properties. Applied Catalysis A: General, 387(1), 13-25. DOI: 10.1016/j.apcata.2010.07.060

Caetano, N. S., Silva, V. F., Melo, A. C., Martins, A. A., & Mata, T. M. (2014). Spent coffee grounds for biodiesel production and other applications. Clean Technologies and Environmental Policy, 16(7), 1423-1430. DOI: 10.1007/s10098-014-0773-0

Demirbas, A. (2008). Comparison of transesterification methods for production of biodiesel from vegetable oils and fats. Energy Conversion and Management, 49(1), 125-130. DOI: 10.1016/j.enconman.2007.05.002

Demirbas, A. (2007). Biodiesel: a realistic fuel alternative for diesel engines. Springer Science & Business Media.

Atabani, A. E., Silitonga, A. S., Badruddin, I. A., Mahlia, T. M. I., Masjuki, H. H., & Mekhilef, S. (2012). A comprehensive review on biodiesel as an alternative energy resource and its characteristics. Renewable and sustainable energy reviews, 16(4), 2070-2093. DOI:10.1016/j.rser.2012.01.003

Zuorro, A., & Lavecchia, R. (2011). Polyphenols and energy recovery from spent coffee grounds. Chem. Eng. Trans., 25, 285-290.DOI: 10.3303/CET1125048

Páscoa, R. N., Magalhães, L. M., & Lopes, J. A. (2013). FT-NIR spectroscopy as a tool for valorization of spent coffee grounds: Application to assessment of antioxidant properties. Food research international, 51(2), 579-586. DOI:10.1016/j.foodres.2013. 01.035

International Coffee Organization. Data total production. En:

http://www.ico.org/new_historical.asp?section=Statistics

Instituto Nacional de Estadística. (2014) Informe Semestral de Consumo de Alimentos, primer semestre 2014. En:

http://www.ine.gov.ve/index.php?option=com_content&id=740&Itemid=38;tmpl=component

Soares, B., Gama, N., Freire, C. S., Barros‐Timmons, A., Brandão, I., Silva, R., Neto, C.P. & Ferreira, A. (2015). Spent coffee grounds as a renewable source for ecopolyols production. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 90(8), 1480-1488. DOI: 10.1002/jctb.4457

Mussatto, S. I., Ballesteros, L. F., Martins, S., & Teixeira, J. A. (2011). Extraction of antioxidant phenolic compounds from spent coffee grounds. Separation and Purification Technology, 83, 173-179. DOI: 10.1016/j.seppur.2011.09.036

Panusa, A., Zuorro, A., Lavecchia, R., Marrosu, G., & Petrucci, R. (2013). Recovery of natural antioxidants from spent coffee grounds. Journal of agricultural and food chemistry, 61(17), 4162-4168. DOI: 10.1021/jf4005719

Gomez-de la Cruz, F. J., Cruz-Peragon, F., Casanova-Pelaez, P. J., & Palomar-Carnicero, J. M. (2015). A vital stage in the large-scale production of biofuels from spent coffee grounds: The drying kinetics. Fuel Processing Technology, 130, 188-196. DOI: 10.1016/j.fuproc.2014.10.012

Al-Hamamre, Z., Foerster, S., Hartmann, F., Kröger, M., & Kaltschmitt, M, (2012), Oil extracted from spent coffee grounds as a renewable source for fatty acid methyl ester manufacturing. Fuel, 96, 70-76. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.01.023

Urribarrí, A., Zabala, A., Sánchez, J., Arenas, E., Chandler, C., Rincón, M., y Aiello Mazzarri, C. (2015). Evaluación del potencial de la borra de café como materia prima para la producción de biodiesel. Multiciencias, 14(2):129-139.

Zuorro, A. y Lavecchia, R. (2012). Spent coffee grounds as a valuable source phenolic compounds and bioenergy. Journal and cleaner production, 34: 49:56. DOI: 10.1016/j.jclepro.2011.12.003

Pujol, D., Liu, C., Gominho, J., Olivella, M. À., Fiol, N., Villaescusa, I., & Pereira, H. (2013). The chemical composition of exhausted coffee waste. Industrial Crops and Products, 50, 423-429. DOI: 10.1016/j.indcrop.2013.07.056

Zuorro, A. (2015). Optimization of polyphenol recovery from espresso coffee residues using factorial design and response surface methodology. Separation and Purification Technology, 152, 64-69. DOI:10.1016/j.seppur.2015.08.016

Kondamudi, N., Mohapatra, S. K., & Misra, M. (2008). Spent coffee grounds as a versatile source of green energy. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(24), 11757-11760. DOI: 10.1021/jf802487s

[

Cruz, R., Cardoso, M. M., Fernandes, L., Oliveira, M., Mendes, E., Baptista, P. y Casal, S. (2012). Espresso coffee residues: a valuable source of unextracted compounds. Journal of agricultural and food chemistry, 60(32), 7777-7784. DOI: 10.1021/jf3018854

Camejo A. (2012). Producción de biodiesel por esterificación/ transesterificación de las grasas obtenidas de la borra de café. Trabajo de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Maracaibo-Venezuela, pp 110. http://200.35.84.131/portal/index.htm

ASTM D445-04 (2004), Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity), Annual Book of ASTM Standards, Section 5- Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, www.astm.org

ASTM D1298-99 (1999), Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method, Annual Book of ASTM Standards, Section 5- Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, www.astm.org

ASTM D664-04 (2004), Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration, Annual Book of ASTM Standards, Section 5- Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, www.astm.org

ASTM D1796-97 (1997), Standard Test Method for Water and Sediment in Fuel Oils by the Centrifuge Method (Laboratory Procedure), Annual Book of ASTM Standards, Section 5- Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, www.astm.org

ASTM D482-03 (2003), Standard Test Method for Ash from Petroleum Products, Annual Book of ASTM Standards, Section 5- Petroleum Products, Lubricants, and Fossil Fuels, American Society for Testing and Materials, Philadelphia, www.astm.org

Oliveira, L, S., Franca, A, S., Camargos, R, R., & Ferraz, V, P, (2008). Coffee oil as a potential feedstock for biodiesel production. Bioresource Technology, 99(8), 3244-3250. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.05.074

Patil, P, D. & Deng, S, (2009). Optimization of biodiesel production from edible and non-edible vegetable oils. Fuel, 88(7), 1302-1306. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.01.016

Singh, S. P., & Singh, D. (2010). Biodiesel production through the use of different sources and characterization of oils and their esters as the substitute of diesel: a review. Renewable and sustainable energy reviews, 14(1), 200-216. DOI: 10.1016/j.rser.2009.07.017

ASTM D93-16a, (2016)Standard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester, ASTM International, West Conshohocken, PA, www.astm.org

López–Fontal, E, M., y Castaño–Castrillón, J, J, (1999). Características del aceite esencial obtenido de subproductos de la trilla de café pergamino. Cenicafé, 50(2), 119-125.

Zabala, A., 2012, Producción de biodiesel de residuos de café utilizando diferentes catalizadores. Trabajo de grado. Programa de Maestría en Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela, pp.71.

Bautista, L, F., Vicente, G., Rodríguez, R,, y Pacheco, M, (2009), Optimization of FAME production from waste cooking oil for biodiesel use, Biomass and Bioenergy, 33(5), 862-872. DOI: 10.1016/j.biombioe.2009.01.009

Ma, F. y Hanna, M., A. (1999), Biodiesel production: A review, Bioresource technology, 70(1), 1-15. DOI: 10.1016/S0960-8524(99)00025-5

Wang, Y., Ou, S., Liu, P., Xue, F., & Tang, S. (2006). Comparison of two different processes to synthesize biodiesel by waste cooking oil. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 252(1), 107-112. DOI: 10.1016/j.molcata.2006.02.047

Berthe, M. H., Asfaw, A., Asfaw, N. (2013). Investigation of waste coffee ground as a potential raw material for biodiesel production. International Journal of Renewable Energy Research (IJRER), 3(4):854-860.

Anguebes, F.; Rangel, M.; Castelan, M.; Guerrero, A.; Cervantes, J. M.; Aguilar, M. & Herrera, W. A., (2011). Evaluación de la transesterificación del aceite de canola. Biocombustibles, 498, 238-242.

Martínez Ávila, O. M., Sánchez Castellanos, F. J., & Suárez Palacios, O. Y. (2007). Producción de ésteres etílicos a partir de aceite de palma RBD. Ingeniería e Investigación, 27 (2):34-43. DOI: 10.15446/ing.investig

Yordanov, D. I., Tsonev, Z. B., Palichev, T. V., & Mustafa, Z. A., (2013). A new approach for production of coffee oil from waste coffee residue as a feedstock for biodiesel. Petroleum & Coal, 55 (2):74-81. http://www.vurup.sk/petroleum-coal

Silverstein, R. M., Webster, F. X., Kiemle, D. J., & Bryce, D. L., (2014). Spectrometric identification of organic compounds. John Wiley & Sons

Meena Devi, R., Subadevi, R., Paul Raj, S., & Sivakumar, M., (2015). Comparative Studies on Biodiesel from Rubber Seed Oil Using Homogeneous and Heterogeneous Catalysts. International Journal of Green Energy, 12(12):1215-1221. DOI: 10.1080/15435075.2014.893879

Lafont, J. J., Páez, M. S., & Torres, Y. C., (2011). Análisis químico de mezclas biodiesel de aceite de cocina usado y diesel por espectroscopia infrarroja. Información tecnológica, 22(4):35-42. DOI: 10.4067/S0718-07642011000400005

Tariq, M., Ali, S., Ahmad, F., Ahmad, M., Zafar, M., Khalid, N., & Khan, M. A. (2011). Identification, FT-IR, NMR (1 H and 13 C) and GC/MS studies of fatty acid methyl esters in biodiesel from rocket seed oil. Fuel Processing Technology, 92(3), 336-341. DOI: 10.1016/j.fuproc.2010.09.025

Ortiz Tapia, M. del C., García Alamilla, P., Lagunes Gálvez, L. M., Arregoitia Quezada, M. I., García Alamilla, R., & León Chávez, M. A., (2016). Obtención de biodiesel a partir de aceite crudo de palma (Elaeis guineensis Jacq.). Aplicación del método de ruta ascendente. Acta Universitaria, 26 (5): 3-10. DOI: 10.15174/au.2016.910

Hoekman, S. K., Broch, A., Robbins, C., Ceniceros, E., & Natarajan, M. (2012). Review of biodiesel composition, properties, and specifications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(1), 143-169. DOI: 10.1016/j.rser.2011.07.143

Teixeira da Silva de La Salles, K., Meneghetti, S. M. P., Ferreira de La Salles, W., Meneghetti, M. R., dos Santos, I. C. F., da Silva, J. P. V., de Carvalho, S.H.V. & Soletti, J. I. (2010). Characterization of Syagrus coronata (Mart.) Becc. oil and properties of methyl esters for use as biodiesel. Industrial crops and products. 32(3), 518-521. DOI: 10.1016/j.indcrop.2010.06.026

Valente, O. S., Pasa, V. M. D., Belchior, C. R. P., & Sodré, J. R. (2011). Physical–chemical properties of waste cooking oil biodiesel and castor oil biodiesel blends. Fuel, 90(4), 1700-1702. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.10.045

Cómo citar
Aiello Mazzarri, C., Salazar, Y., Urribarrí, A., Arenas Dávila, E., Sánchez Fuentes, J., & Ysambertt, F. (2019). PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE LAS GRASAS EXTRAÍDAS DE LA BORRA DE CAFÉ MEDIANTE UN PROCESO EN DOS ETAPAS: ESTERIFICACIÓN CON H2SO4 Y TRANSESTERIFICACIÓN CON KOH. Ciencia E Ingeniería Neogranadina, 29(1). https://doi.org/10.18359/rcin.2899
Publicado
2019-05-31
Sección
Artículos