Estudio cinético de la descomposición térmica y termo-oxidativa de residuo de café en atmósfera inerte y oxidativa

Abstract

[ES] La creciente demanda de energía por parte de la población mundial, relacionada con la mejora de la calidad de vida, ha generado un aumento de la contaminación ambiental por el uso masivo de combustibles fósiles. En este contexto, el desarrollo de nuevas tecnologías permitirá implementar el uso de la biomasa como fuente de energía renovable y, además, generar productos de valor añadido. En este ámbito, la biomasa lignocelulósica juega un papel esencial. El café es una de las bebidas más populares del mundo y el segundo producto comercializado después del petróleo. Uno de sus subproductos más abundantes es el residuo de la preparación de bebida de café (SCG), que contiene una gran cantidad de compuestos orgánicos que podrían usarse para generar energía y otros productos de valor. En este estudio, se realizó el análisis próximo, análisis elemental y el cálculo del poder calorífico de los SCG. Posteriormente, el residuo de café fue sometido a procesos de descomposición térmica y termo-oxidativa mediante análisis termogravimétrico (TGA) a diferentes velocidades de calentamiento. Los resultados se evaluaron mediante la deconvolución de los distintos procesos para conocer la contribución de cada componente (hemicelulosa, celulosa, lignina) al proceso de descomposición global. Finalmente, se aplicaron métodos isoconversionales y curvas maestras, así como el criterio de Perez-Maqueda para obtener el triplete cinético, constituido por la energía de activación (Ea), el factor pre-exponencial (A) y el modelo de reacción (f(a)). La evaluación de estos los parámetros térmicos y cinéticos del SCG en la aplicación a procesos de pirólisis o gasificación puede resultar en la mejora de su conversión termoquímica, que favorezca su implantación a nivel industrial.

[EN] The growing request of energy by the global population, related to the improvement of life quality, has generated an increase of environmental pollution due to the massive use of fossil fuels. In this context, the development of new technologies may implement the use of biomass as a renewable source of energy and to generate value-added products. Particular interest has been dedicated to the lignocellulosic biomass. Coffee is one of the most popular beverages in the world and the second commodity traded after petroleum. One of his most abundant by-products is the spent coffee grounds (SCG), which contain a huge number of organic compounds that could be used for energy and added-value product generation. In this study, SCGs were examined in terms proximate analysis, ultimate analysis and calorific values and subsequently subjected to thermal and thermo-oxidative decomposition by means of thermogravimetric analysis (TGA). Thermogravimetric thermograms were obtained at different heating rates. Results were assessed by means of a deconvolution approach in order to ascertain the contribution of each component of the SCGs (hemicellulose, cellulose, lignin) to the global decomposition process. Several mathematics models were tested, and the Lorentz one was selected, approaching better the data. Finally, the kinetic triplet, constituted by the activation energy (Ea), the pre-exponential factor (A) and the model of reaction (f(a)), was defined through the application of iso-conversional methods, Master-Curves and Perez-Maqueda criterion. Therefore, the understanding of the thermal and kinetic parameters related to SCG may improve its thermo-chemical conversion, conducted through pyrolysis or gasification, in industrial applications.