Olej z fusów do biodiesla. Mniej zanieczyszczeń w badaniu
Badacze z Universitat Rovira i Virgili odzyskali z fusów kawowych olej o zawartości zanieczyszczeń 0,3 proc., wobec 3,9 proc. w metodzie porównawczej. Dobierając warunki ekstrakcji, zachowali też strukturę pozostałości, która może posłużyć do dalszego przetwarzania.
Pod względem ilości odzyskanego oleju metoda osiągnęła około 90 proc. wyniku ekstrakcji Soxhleta — laboratoryjnego punktu odniesienia o wysokiej wydajności. Tej liczby nie należy mylić z udziałem oleju w fusach: opisuje ona ilość uzyskaną względem innej metody, a nie procent masy odpadu zamieniony w paliwo.
Pracę zespołu Wydziału Inżynierii Chemicznej Universitat Rovira i Virgili opublikowano w czasopiśmie „Biomass and Bioenergy”; jej wyniki przedstawia ScienceDaily. Celem eksperymentów było takie oddzielenie tłuszczów, by nie zmarnować pozostałych składników odpadu. Oceniano więc nie tylko ilość wyodrębnionego oleju, lecz także jego czystość i stan reszty fusów.
Fusy mają wartość także po usunięciu tłuszczu
Punktem wyjścia jest skład samego odpadu. Według opisu badania fusy zawierają około 15 proc. lipidów, czyli tłuszczów, które mogą posłużyć jako surowiec do produkcji biodiesla. Znaczenie tego zasobu wiąże się ze skalą produkcji kawy: na świecie powstaje około 10 mln ton ziaren rocznie, a do naparu przechodzi jedynie niewielka część ich materiału.
Po usunięciu oleju pozostaje materiał określany jako matryca lignocelulozowa. Tworzą go celuloza, hemiceluloza i lignina — składniki strukturalne materiału roślinnego. Zachowanie tej części pozwala traktować ekstrakcję oleju jako pierwszy etap zagospodarowania fusów, zamiast uznawać pozostałość wyłącznie za odpad po procesie. Odzysk tłuszczu nie musi zatem zamykać drogi do wykorzystania innych składników.
Dalszy przerób zależy także od tego, czy rozpuszczalniki i katalizatory mogą dotrzeć do składników pozostałych w fusach. Usunięcie utrudniających ten dostęp tłuszczów — bez istotnego naruszenia struktury materiału — było więc nie tylko odzyskiem oleju, lecz także przygotowaniem pozostałości do dalszej obróbki.
Temperatura, czas i proporcje rozpuszczalnika
Do wydzielania oleju zespół zastosował n-heksan, rozpuszczalnik szeroko używany do oddzielania tłuszczów od innych materiałów. W serii zaplanowanych eksperymentów zmieniano temperaturę, czas ekstrakcji oraz ilość rozpuszczalnika w stosunku do fusów. Oceniano zarówno wpływ każdego z tych parametrów osobno, jak i ich połączeń — wynik zależał od całego zestawu warunków.
Za optymalne zespół uznał 45°C, czas 60 minut oraz proporcję 35 ml heksanu na gram suchej pozostałości. Ostatni szczegół jest istotny przy interpretacji wyniku: ilość rozpuszczalnika odnosi się do suchej masy materiału, a nie do masy wilgotnych fusów. Podana wydajność dotyczy właśnie tak określonych warunków ekstrakcji.
Analiza chemiczna pokazała też, że profil kwasów tłuszczowych pozostawał zbliżony przy zmianie badanych warunków. Największy udział miały kwasy linolowy i palmitynowy. To właśnie skład oleju, obok możliwości jego odzyskania i oczyszczenia, przemawia za rozważaniem go jako składnika do produkcji biodiesla.
Szybszy początek nie oznacza lepszego procesu
Metoda Soxhleta jest użytecznym punktem odniesienia, ponieważ pozwala uzyskiwać dużo oleju. Ma jednak cechy utrudniające przeniesienie jej na dużą skalę: zwykle wymaga więcej czasu i energii. Samo zbliżenie się do jej wyniku ilościowego nie było więc jedynym kryterium oceny. Liczyło się również to, jak wymagający będzie cały proces.
Konwencjonalną ekstrakcję okresową, czyli prowadzoną partiami, z n-heksanem w umiarkowanych warunkach zespół uznał za korzystniejszy kompromis między jakością i ilością oleju a wymaganiami energetycznymi i możliwością zwiększania skali. Na tym tle przyspieszenie początkowego etapu dzięki ultradźwiękom lub mikrofalom nie dawało wystarczającej przewagi, by wybrać którąś z tych technik.
Co wiadomo o skali testów
Opis dotyczy serii eksperymentów ekstrakcyjnych i oceny potencjału zwiększenia skali, nie prezentacji działającej instalacji przemysłowej. ScienceDaily nie podaje liczby prób ani masy fusów używanych w pojedynczej partii. To ważna granica interpretacji: porównanie ilości i czystości oleju nie jest jeszcze informacją o wydajności fabryki ani o kosztach produkcji biodiesla.
Możliwym miejscem zastosowania metody są biorafinerie — zakłady przetwarzające biomasę na paliwa, chemikalia i inne produkty. W takim układzie olej byłby jednym strumieniem surowca, a odtłuszczona pozostałość drugim. Wśród potencjalnych produktów dalszego przerobu jej składników wymieniono bioetanol, kwas mlekowy, związki fenolowe oraz składniki do produkcji zrównoważonych paliw lotniczych.
