Le café, qui est l’une des principales boissons au monde, a des conséquences environnementales et économiques en raison du contenu dangereux des déchets de marc de café générés par la production de grains de café.
Dans le monde, environ 10 millions de tonnes de marc de café sont produites chaque année. Depuis quelques années, un pourcentage important de ces déchets est utilisé pour produire des biocarburants.
Sommaire
Transformer le café en biocarburants
Les biocarburants sont actuellement fabriqués principalement à partir de la canne à sucre, du maïs et de l’huile de palme. Les plantes riches en sucre sont utilisées pour produire de l’éthanol, tandis que l’huile de palme est transformée en biodiesel. Cependant, la culture de ces plantes pour les utiliser comme combustible pose des problèmes de déforestation et d’utilisation de ressources telles que la terre et le pétrole.
Les noyaux de café sont une bonne alternative pour être utilisés comme matière première pour les combustibles en raison de leur valeur calorifique élevée. Le café recyclé est déjà utilisé pour fabriquer des bûches et entrer dans la composition de certains meubles.
La recherche a récemment trouvé plusieurs moyens de convertir les déchets de café en matériaux de purification de l’eau et de séquestration du carbone.
Extraction de l’huile de café
La méthode connue pour convertir les déchets de café en biodiesel comporte deux étapes.
La première étape consiste à extraire les huiles contenues dans le marc de café. Pour ce faire, on mélange le contenu des marcs avec un solvant à base d’hexane, puis on cuit le mélange à 69°C pendant 1 à 2 heures pour l’extraction respective des huiles.
L’hexane doit être évaporé en laissant la présence des huiles de puits.
Dans la deuxième étape, du méthanol et un catalyseur de biodiesel sont ajoutés. Le glycérol, qui est également créé comme sous-produit, doit être séparé du biodiesel.
Améliorer le processus d’extraction
Une équipe d’ingénieurs chimistes et de spécialistes de l’environnement de l’université de Lancaster, au Royaume-Uni, simplifie le processus d’extraction du pétrole par solvant. Ils ont mélangé des puits de méthane et un catalyseur pour fabriquer directement du biodiesel.
La clé était d’utiliser la bonne concentration d’hydroxyde de sodium et d’ajuster le rapport méthanol-huile pendant la production.
Cela a permis d’optimiser le processus, en extrayant la même quantité d’huile du café que la méthode précédente en seulement 10 minutes. Cela permet de réduire le temps et le coût de cet important processus.
Quelle quantité de biodiesel pourrait être obtenue ?
Selon Anthropocene, cette méthode pourrait produire environ 800 000 tonnes de ce biocarburant, soit plus de 286 millions de gallons, par an. Ceci est évident si tous les puits de café ont été correctement réutilisés pour la collecte et le traitement. Malheureusement, la plupart d’entre eux sont tout simplement jetés.
Biodiesel, bioéthanol et bio-huiles
Le biodiesel est un marché en pleine croissance, selon Chemistry for Life, qui estime que d’ici 2010, la production mondiale de biodiesel atteindra la barre des 3 milliards de gallons.
L’extraction de l’huile du marc de café donne environ 150 grammes d’huile par kilogramme de café sec. L’UJA souligne que les mêmes puits peuvent contenir du sucre, comme celui extrait du café torréfié, qui est fermenté pour produire du bioéthanol.
De même, grâce à des procédés tels que la pyrolyse à une température basse et lente, on peut obtenir des huiles.
Le reste des déchets est utilisé pour produire des granulés. Ceux-ci sont obtenus à partir des puits dégraissés et non sucrés, qui peuvent être transformés en bûches par pressage, comme le bois, pour servir de combustible aux chaudières à biomasse, et c’est la méthode de séchage la plus rentable.
Pour comprendre l’information, vous devez tenir compte de ces concepts ou mots-clés :
- Mj/kg : mégajoules d’énergie nécessaires pour fabriquer un kilogramme de produit.
- tCO2 : en tonnes de dioxyde de carbone créé par l’énergie nécessaire à la fabrication d’un kilogramme de produit (“tCO2 – traduction anglaise – exemples anglais | Reverso Context”).
- Éthanol : l’alcool éthylique, composé organique de la famille des alcools, est un liquide clair et incolore, qui constitue le principal ingrédient des boissons alcoolisées.
- Éthane : un gaz incolore et inodore qui est combustible dans des conditions normales et se trouve sous forme de gaz dans l’atmosphère à de très faibles concentrations.
- Le méthane : est un gaz incolore, inflammable, non toxique dans un environnement normal. Il est produit par la décomposition de la matière organique. Les zones humides, les animaux et l’énergie sont ses principales sources d’émission dans l’atmosphère.
- Biodiesel : est un biocarburant liquide produit à partir d’huiles végétales et de graisses animales (“Biodiesel from Used Vegetable Oils | PDF – Scribd”).
- Pouvoir calorifique : il s’agit de la quantité de chaleur produite par kilogramme ou mètre cube de substance lorsqu’elle est entièrement oxydée lors de son utilisation.
Pulpe de café
Premier déchet obtenu lors du traitement du fruit du café, la pulpe de café représente, sur une base humide, environ 44% du poids du fruit frais.
Chaque million de sacs de 60 kg de grains de café génère plus de 162 000 tonnes de pulpe fraîche qui, si elle n’est pas utilisée correctement, produirait une pollution équivalente à celle générée en un an par les excréments et l’urine d’une population de plus de 868 000 personnes.
Utilisation de la pulpe de café comme combustible
Pour la pulpe de café, on rapporte un pouvoir calorifique de 15,88 Mj/kg de pulpe sèche et une consommation en séchage mécanique de 36,92 Mj, avec un bilan énergétique négatif dans le processus, car pour chaque unité d’énergie appliquée au séchage de la pulpe, 0,43 unité a été générée dans la combustion du produit sec.
Pulpe de café dans le biogaz
Le biogaz est un mélange composé principalement de méthane, dans une proportion comprise entre 50 et 80 %, et de dioxyde de carbone, avec de petites quantités de vapeur d’eau, d’hydrogène, de sulfure d’hydrogène, d’ammoniac, de monoxyde de carbone, d’azote, d’oxygène et d’autres composés organiques.
Il peut être utilisé comme biocarburant dans les systèmes de combustion au gaz ou pour la production d’électricité au moyen de turbines à gaz ou de centrales électriques. Les recherches de Cenicafé font état d’un rendement de 25 litres de biogaz pour 1 kg de pâte fraîche alimentant les digesteurs.
Le pouvoir calorifique du biogaz avec une teneur en méthane de 60% est de 21,46 kg/L.
La pulpe de café dans le bioéthanol
Celui-ci est obtenu à partir de la fermentation de milieux sucrés. Après la fermentation, environ 10% 15% sont concentrés par distillation pour obtenir l’alcool dit “hydraté” (avec 4-5% d’eau dans sa structure) ou même l’alcool absolu.
Ce dernier point est nécessaire si l’alcool doit être utilisé dans les mélanges d’essence des véhicules conventionnels.
La fermentation alcoolique donne en moyenne 1,2 litre d’alcool éthylique à 85°, ce qui équivaut à 500 litres d’éthanol pour 1 000 arrobas de café parche séché.
Mucilage de café
Le mucilage du café est généré au stade du processus de mouture du café. Sur une base humide, il représente environ 15% du poids du fruit sec.
En termes de volume, un kilogramme de café cerise non trié produit 91 millilitres de mucilage fermenté.
Chaque million de sacs de 60 kilos génère environ 55 500 tonnes de mucilage frais, qui, s’il n’est pas utilisé correctement, produirait une contamination équivalente de fèces et d’urine pour une population de 310 000 personnes.
Le mucilage du café dans la production de biogaz
Pour la décomposition anaérobie des mucilages, une production de 287 litres de méthane par kilogramme de DCO (demande chimique en oxygène) dans le processus de fermentation à 36°C équivaut à 336 litres de méthane pour 1 kilogramme de DCO éliminé.
Le mucilage du café dans la production de bioéthanol
Dans les études de fermentation alcoolique, une valeur moyenne de 58,37 ml d’éthanol a été obtenue à partir de 1 kg de mucilage frais.
Le mucilage du café dans la production d’éthanol
Dans un article intitulé “Production d’éthanol à partir de pulpe fraîche et de mucilage frais, autrement dit, le bioéthanol obtenu par million de sacs de café vert produits”.
À partir de la pulpe fraîche, les tonnes générées étaient d’environ 162 000, ce qui représente environ 25 litres d’éthanol par sous-produit de déchets de café, produisant plus d’un million de gallons d’éthanol.
Pour le mucilage frais, les tonnes générées étaient d’environ 55 500, ce qui donne environ 58,5 litres d’éthanol par sous-produit de déchets de café, produisant plus de 855 000 gallons d’éthanol.
Café Cisco
Décrit comme l’endocarpe du fruit, composé de l’enveloppe, appelée cisco, et de la pellicule argentée, il s’agit d’un sous-produit aux très bonnes propriétés combustibles.
Musc utilisé comme combustible
Le cisco représente 4,2% du poids du fruit frais, pour ce sous-produit on rapporte une capacité calorique de 17,90 Mj/Kg.
Le marc de café
Également appelé déchet de café après avoir été utilisé en infusion, il correspond aux grains de café torréfiés, représentant environ 10% du poids du produit frais.
Le marc de café comme carburant
Dans les usines pour rendre le café soluble, après le processus de séchage et de pressage dans la fourchette de 8% à 15%, ces déchets sont utilisés comme combustible dans les chaudières à vapeur.
Le marc de café pour le biogaz
La production de biogaz, avec une teneur en méthane comprise entre 52% et 62%, est rapportée à partir de 250 à 300 litres de solides volatils provenant de la coque de café, qui représente plus de 99% de la matière sèche.
Le mac de café pour la production de bioéthanol
Il est décrit que l’on peut obtenir jusqu’à 28 grammes d’éthanol à partir de 57 grammes de cellulose provenant de coques de café. En outre, il est décrit que la teneur moyenne en cellulose de la balle est d’environ 34%, pour laquelle il est estimé que l’on peut obtenir jusqu’à 207,5 millilitres d’éthanol par kilogramme de balle sèche.
Le marc de café dans le biodiesel
Le biodiesel peut être obtenu à partir du processus d’estérification d’huiles d’origine animale ou végétale, en utilisant du méthanol ou de l’éthanol, afin de remplacer le carburant diesel.
Pour la production d’huiles, à partir de 9% de substances grasses provenant de la pulpe de café séchée. Il est également signalé qu’il contient de 6 à 17% d’huiles dans différentes variétés.
Une conversion à 100% de ces huiles en biodiesel est assurée.
Tiges de café
Les producteurs utilisent les tiges de café pour la cuisson et le séchage des grains de café, ce qui contribue à la conservation des forêts indigènes.
Selon la Fédération nationale des caféiculteurs de Colombie, pour maintenir une culture productive du café, elle encourage les cycles de renouvellement des caféiers, faisant état d’une densité moyenne de 5 000 arbres par hectare.
Les chercheurs font état d’un renouvellement du bois sec de 16 tonnes par hectare, pour les 5 000 arbres par hectare susmentionnés, ce qui leur permet de calculer une production moyenne de 0,6 kilogramme de rafle pour 1 kilogramme de café cerise transformé.
Les tiges de café pour la production de bioéthanol
Il est possible d’obtenir du bioéthanol à partir des fibres cellulaires des tiges de café.
Paillettes de café et café avarié
Il s’agit de résidus issus du processus de battage, notamment des grains imparfaits, des grains fendus et des petits fruits, ayant la même composition chimique que les grains.
On peut également produire des boissons à base de café à partir de ripios, mais leur qualité est faible.
Résidus utilisés comme combustibles
Le pouvoir calorifique des copeaux de café est de 15,60 Mj/kg lorsqu’ils sont utilisés comme combustible solide.
Café détérioré dans le biodiesel
Il est décrit qu’avec ce sous-produit, il était possible d’obtenir entre 70 et 150 kg d’huile pour 1 tonne de café.
Conclusion
On peut dire que tous les sous-produits ou déchets du café peuvent être utilisés à 100% et pas seulement dans la production de biocarburants, mais aussi dans d’autres domaines comme la botanique ou dans la production principale de grains de café, comme la torréfaction des grains de café.
L’utilisation des biocarburants est quelque peu retardée, notamment en raison des effets de l’utilisation de carburants ou d’alternatives énergétiques peu durables. Il convient de se concentrer sur l’utilisation maximale non seulement du café mais aussi d’autres cultures, afin de générer de meilleures alternatives bénéfiques pour l’environnement, le développement économique et l’intégration des communautés.
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