AIDIN URRIBARRI

La pasada semana, Aidin Urribarri, defendió su Trabajo Especial de Grado para optar al Título de Ingeniero Químico. Aidin realizó su trabajo pajo mi tutoria y con la Asesoría del Ingeniero Albert Zabala, quien ese mismo día defendió su Trabajo de Grado de la Maestría en Ingeniería Química.

El jurado estuvo  integrado por las Profesoras Karelen Araujo, Cintia Chandler y Cateryna Aiello Mazzarri. Recibió por su trabajo y presentación la Calificación de EXCELENTE !!

Aidin se quedara con nosotros un tiempo trabajando como Asistente de investigación en un Programa CONDES que tenemos en el Laboratorio de Fermentaciones Industriales y continuará con sus estudios de Maestría.

Felicitaciones AIDIN!!!!

“Producción de Biodiesel a Partir de Residuos de Café Molido" (2012). Laboratorio de Fermentaciones Industriales. Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela. Tutora Académica:  Dra. Cateryna Aiello Mazzarri. Tutor Industrial: Albert Rafael Zabala Marín.

El objetivo de este trabajo fue evaluar la producción de biodiesel a partir de residuos del café molido y usado, borra de café, mediante un proceso de transesterificación, utilizando KOH como catalizador en presencia de metanol. El hexano resulto mejor solvente extractor  ya que su polaridad asegura la obtención de grasas más puras, permitiendo extraer 13,51 ± 0,25% de grasas, con una acidez  de 31,1 ± 0.4%, lo que hace de la borra de café una fuente renovable y económica de triglicéridos, que como desecho, no compite con otras fuentes de grasas alimentarias.  El proceso de extracción de grasas no afecta la cantidad de nitrógeno, azúcares y minerales presentes en la borra de café indicando que el residuo puede ser empleado para la obtención de otros biocombustibles o bien ser utilizado como fertilizante orgánico para las plantas. El perfil de ésteres metílicos de ácidos grasos, obtenidos después de la reacción de transesterificación, indico que las grasas y el biodiesel de la borra de café están compuestas por acido palmítico (41,60 ± 0,57%), linoléico (41,11 ± 0,51%),  oleico  (12,06 ± 0,57%) y esteárico (5,18 ± 0,21%). Las grasas de la borra de café presentan gran potencial para la producción de biodiesel mediante un proceso de transesterificación utilizando una relación molar grasas/alcohol de 1:6, KOH como catalizador básico al 1.5%, temperatura de 70°C y agitación de 400 rpm, obteniendo la mayor conversión a ésteres metílicos a los 60 min de reacción, con concentraciones de ésteres del acido palmítico de 7,638 ± 0,009 g/L, oleico 1,784 ± 0,006g/L y esteárico 0,259 ± 0,004g/L. 

Palabras claves: borra de café, extracción,  transesterificación,  biocombustible, biodiesel, aceites.

Urribarrí Mejías Aidín. “Biodiesel production from waste coffee grounds” (2012). Laboratorio de Fermentaciones Industriales. Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela. Advisors: Dr. Cateryna Aiello Mazzarri and Ing. Albert Rafael Zabala Marín.

The main objective of this work was to evaluate the biodiesel production from coffee spent grounds by a transesterification process with KOH as a catalyst with methanol. Hexane results as the better extraction solvent due its polarity assure more purity in the extracted oil. The oil extracted was 13,51 ± 0,25% with 31,1 ± 0.4% acidity, making the coffee grounds a good alternative source of triglycerides. The extraction process does not affect the content of nitrogen, sugars and minerals initially in the coffee grounds, so this residue could be uses as a substrate for biofuels production or as fertilizer for crops.  The fatty acid metil esters profile indicates that the produced biodiesel and the extracted oil composition have 41,60 ± 0,57% of palmitic, 41,11 ± 0,51% of  linoleic,  12,06 ± 0,57% of oleic, and 5,18 ± 0,21% of stearic. The extracted oil from coffee spent grounds has a great potential for biodiesel production by a tranesterification process using 1% KOH, 1:6 molar ratio oil/methanol, and 400 rpm, at 70°C during 60 min. At this conditions, the produced biodiesel have concentrations of de 7,638 ± 0,009 g/L, 1,784 ± 0,006g/L, and  0,259 ± 0,004g/L, for palmitic, oleic and stearic fatty acid metil ester, respectively.

KEYWORDS: coffee spent grounds, extraction, transesterification, biodiesel 

ALBERT ZABALA

Albert Zabala defendió el pasado 25 de octubre su Trabajo de Grado para optar al Grado de Magister en Ingeniería Química de Maestría  Además de mi, el Jurado evaluador estuvo Integrado por la Profesora Cintia Chandler y el Profesor Eduardo González. Realizó una excelente presentación y defensa de su trabajo. 

Albert estuvo trabajando, durante los últimos 4 años, como Asistente de Investigación en uno de los proyectos del Laboratorio de Fermentaciones financiado por FONACIT para la producción de biocombustibles.   

Felicitaciones  Albert  y muchos éxitos !!!

Zabala Marín, Albert Rafael. Producción de biodiesel de residuos de café utilizando diferentes catalizadores (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado, Maracaibo, Venezuela p.88. Tutora: Dra. Cateryna Aiello Mazzarri.

 El objetivo de esta investigación fue evaluar la producción de biodiesel por transesterificación de las grasas presentes en residuos de café molido (borra o bagazo de café) utilizando diferentes catalizadores. Las reacciones se llevaron a cabo a nivel de fiolas a  60°C  y  100 rpm, variando la concentración de catalizador, la relación molar grasas/alcohol (G:A_OH) y el tiempo de reacción. Al caracterizar las grasas se encontró que contenían un elevado porcentaje de ácidos grasos libres (32,0%) por lo que se sometieron a un tratamiento de esterificación, utilizando ácido clorhídrico (HCl) y ácido fosfórico (H₃PO₄) como catalizadores, para reducir el porcentaje de acidez por debajo del 1%. Se encontró que el HCl es el catalizador más eficiente para la conversión de los ácidos grasos libres en esteres metílicos. A las mejores condiciones para la reacción, concentración de catalizador 0,8%v/v, relación molar G:A_OH 1:3 y tiempo de reacción de 120 minutos se alcanzó una  conversión de 97,23%. Para la reacción de transesterificación se utilizaron como catalizadores hidróxido de potasio (KOH) e hidróxido de sodio (NaOH), encontrándose que las concentraciones más adecuadas fueron 1,5 y 1,0%p/v respectivamente. A estas concentraciones, con relación molar G:A_OH 1:15 y tiempo de reacción de 30 minutos se obtuvieron concentraciones de esteres metílicos de ácido linoléico de 267,36  y 205,20g/L, de ácido palmítico de 195,23 y 149,74 g/L, de ácido oleico 31,08 y 23,62 g/L y de ácido esteárico 26,63 y 20,15 g/L, para KOH y NaOH, respectivamente. Las propiedades del biodiesel obtenido se encuentran en los rangos establecidos por las normas ASTM D6751 y EN 14214.

Palabras Clave: Borra o bagazo de café, ácidos grasos libres, esterificación, transesterificación, catalizador, relación molar grasas/alcohol (G:A_OH), esteres metílicos, biodiesel.

Zabala Marín, Albert Rafael. Coffee grounds biodiesel production using different catalysts (2012). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado, Maracaibo, Venezuela p.88. Advisor: Dr. Cateryna Aiello Mazzarri.

  

The aim of this work was to evaluate the biodiesel production from spent coffee grounds using different catalyst on the transesterification reaction. The reactions were carried out on 125 mL flasks at 60°C and 100 rpm, varying the amounts of catalyst, oil/alcohol molar ratio (G:A_OH), and reaction time, to get the maximum yield. The extracted oil from spent coffee grounds had a high level of free fatty acids (FFAs), so an esterification treatment was applied to reduce the acidity below 1%. HCL and H₃PO₄ were used as catalyst. HCl was the more efficient catalyst, obtaining a conversion of 97.23% when using 0.8%HCl, 1:3 of G:A_OH during 120 min, at 60°C. The transesterification process was performed varying the catalyst concentration (KOH and NaOH) at G:A_OH of 1:3 and reaction time of 30 minutes.  The most suitable catalyst concentrations were 1.5 and 1.0% for KOH and NaOH, respectively, founding the maximum amount of FAMES, linoleic (267,36  and 205,20g/L), palmitic (195,23 y 149,74 g/L), oleic (31,08 y 23,62 g/L), and stearic (26,63 y 20,15 g/L). The biodiesel properties were found to be according to ASTM D 6751 and EN 14214 standards with the required limits. This study indicates that the oil extracted from coffee spent grounds is an alternative source for biodiesel production.

 Key words: Spent coffee grounds, free fatty acids (FFAs), esterification, transesterification, catalyst, oil/alcohol molar ratio (G:A_OH), FAMES, biodiesel.

Convierten aceite comestible usado y borra de café en biodiesel

En la Escuela de Ingeniería Química han estandarizado métodos para obtener biocombustibles a partir de fuentes naturales renovables Gusmán Daboín Balza Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Química están dispuestos a recibir el aceite usado por los comerciantes para su procesamiento. Foto: Silvia Salas En una Maracaibo donde reinan las frituras, los aceites vegetales usados hasta 5 veces en ventas de empanadas y pastelitos reciben un tratamiento en la Escuela de Ingeniería Química de laUniversidad del Zulia para sertransformados en biodiesel, un biocombustible de nueva generación. La borra de café, la cascarilla de cacao y los desechos alimenticios generados en los comedores universitarios también tienen gran potencial para producir cantidades considerables de este compuesto. Los laboratorios de Tecnología de Alimentos y de Fermentaciones Industriales de la Facultad de Ingeniería se plantearon el objetivo de producir biodiesel para que las biorefinerías de etanol sean sustentables. “Si se usan los biocombustibles no se consume la energía eléctrica destinada a las comunidades,  porque para mover las máquinas hace falta energía eléctrica o energía producida por combustibles. El biodiesel junto con la quema de algunos desechos puede generar energía dentro de la biorefinería”, explica Cateryna Aiello Mazzarri, jefa del Departamento de Ingeniería Bioquímica de LUZ.  Este biocombustible se puede obtener de material vegetal o animal que contenga grasa, la cual mediante un proceso químico de esterificación o transesterificación genera ésteres metílicos que se transforman luego en biodiesel.  Detalla Aiello Mazzarri que el biodiesel está constituido por una mezcla de ésteres metílicos, similares al diesel obtenido del petróleo, y se puede obtener de grasas que se desechan y que en su mayoría no se disponen de forma correcta y crean una gran carga ecológica. Apoyo de los comerciantes Una vida llena de química Cateryna Aiello Mazzarri es ingeniera química egresada de LUZ, con Maestría en Ingeniería Química (LUZ) y Doctorado en Ingeniería Química de Texas A&M University. Como profesora de la Universidad del Zulia desde hace 23 años, ha dictado clases de pregrado y posgrado. Actualmente, se desempeña como jefa del Departamento de Ingeniería Bioquímica de la Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de  Ingeniería y coordinadora del Programa de Doctorado en Ingeniería. Sus investigaciones se enfocan en la utilización de desechos agroindustriales, municipales y de alimentos para la producción de productos químicos, biocombustibles y alimentos para animales. Integra un grupo de investigación con Alexis Ferrer, de la Facultad Experimental de Ciencias, con quien viene trabajando desde hace más de 15 años. Han formado un equipo multidisciplinario integrado por profesores, auxiliares docentes, estudiantes de pregrado, maestría y doctorado. Foto: Silvia Salas Borra de café, cascarilla de cacao, aceites vegetales usados en las frituras y desechos alimenticios generados en el comedor son las materias primas empleadas por estos laboratorios para la obtención de biodiesel. Afirma la investigadora que las ventas de empanadas y pastelitos pueden constituir un problema de salud pública, porque muchos de estos establecimientos, por lo general, usan un mismo lote de aceite comestible para freír  la mayor cantidad de veces posible, con el fin de abaratar los costos de producción. “Existen indicadores, como el porcentaje de acidez, que permiten conocer las veces que ha sido utilizado el aceite, y en un muestreo aleatorio que hicimos en Maracaibo encontramos algunas muestras con una acidez elevada”, asevera. Según Aiello Mazzarri, muchos establecimientos cumplen con las regulaciones para la utilización de aceites, pero existen otros que lo vacían en el vertedero normal, se va por los desagües y un litro de aceite puede contaminar hasta 1.000 litros de agua potable. En trabajos de tesis, los estudiantes han aplicado entrevistas a diferentes vendedores para conocer la cantidad de aceite que genera; reconocieron que compran ese aceite porque es más barato que en los supermercados. Luego de usarlo lo dejan para que el aseo urbano lo recoja, lo botan por los drenajes mezclados con jabón o lo lanzan al suelo. Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Químicaestán dispuestos a recibir todo ese aceite usado porque a partir de él se obtiene biodiesel en más del 90%, además de un pequeño porcentaje de glicerina y previenen la contaminación del suelo y el agua. Han conseguido el apoyo de algunos comerciantes de la ciudad que donan los residuos para el análisis. La borra de café, proveniente de panaderías y cafés, tiene entre un 13 y 19% de grasa, la cual se extrae con solventes para originar el biocombustible.  Asimismo, se favorecen de “La ruta del cacao”, un proyecto que administra la Facultad de Agronomía y genera una importante cantidad de cascarillas de cacao, compuestas en más del 20% por grasas.  “Estamos terminando todas las variables y analizando el biodiesel que obtuvimos, con la ayuda del Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas y el Instituto de Investigaciones Petroleras de LUZ, para compararlo con las normas mundiales, pero ya sabemos que la composición de ésteres cumple con las normas ASTM necesarias”, informa Aiello Mazzarri.  Actualmente elaboran un inventario de los desechos generados en el comedor universitario, pues también contienen grasas, azúcares y otros nutrientes que pueden ser utilizados para obtener, además de biodiesel, otros compuestos de utilidad y alto valor agregado como enzimas y polímeros, por medio de la fermentación de esa comida desechada. Una planta piloto Luego de los análisis de laboratorio, esperan tener el apoyo para construir una pequeña planta piloto que produzca una cantidad suficiente de biodiesel y probar un motor junto con los investigadores de la Escuela de Ingeniería Mecánica. Para Cateryna Aiello Mazzarri, sería un gran logro que la Universidad pudiera abastecer una parte de su flota vehicular con biodiesel. Mientras tanto, siguen extrayendo grasas de todos los desechos alimenticios y de los aceites vegetales para solucionar un problema de contaminación y contribuir con el planeta.

Convierten aceite comestible usado y borra de café en biodiesel - LUZ Agencia de noticias

TEMA 1: Que es la Ingeniería Bioquímica?

La Ingeniería Bioquímica consiste en la aplicación de los principios de Ingeniería al diseño, desarrollo y analisis de procesos usando BIOCATALIZADORES, bien sea para la obtención de productos deseados o para eliminar sustancias no deseadas o peligrosas.

Chemurgy

Better living through chemurgy
June 26th 2008 / NEW YORK
From The Economist print edition

Efforts to replace oil-based chemicals with renewable alternatives are taking off

FORTY years ago Dustin Hoffman’s character in “The Graduate” was given a famous piece of career advice:“Just one word…plastics.” It was appropriate at the time, given that the 1960s were a golden age of petrochemical innovation. Oil was cheap and seemed limitless. Since then, scientists have kept on coming up with wondrous new products made from petroleum that helped to ensure, in the words of one corporate slogan, better living through chemistry. Even so, someone offering advice to today’s promising graduates might invoke a different, uglier word: chemurgy.

This term, coined in the 1930s, refers to a branch of applied chemistry that turns agricultural feedstocks into industrial and consumer products. It had several successes early in the 20th century. Cellulose was used to make everything from paint brushes to the film on which motion pictures were captured. George Washington Carver, an American scientist, developed hundreds of ways to convert peanuts, sweet potatoes and other crops into glue, soaps, paints, dyes and other industrial products. In the 1930s Henry Ford started using parts made from agricultural materials, and even built an all-soy car. But the outbreak of the second world war and the shift to wartime production halted his experiment. After the war, low oil prices and breakthroughs in petrochemical technologies ensured the dominance of petroleum-based plastics and chemicals.

But now chemurgy is back with a vengeance, in the shape of modern industrial biotechnology. Advances in bioengineering, environmental worries, high oil prices and new ways to improve the performance of oil-based products using biotechnology have led to a revival of interest in using agricultural feedstocks to make plastics, paints, textile fibres and other industrial products that now come from oil.

This form of biotechnology has not attracted as much attention as biotech drugs, genetically modified organisms or biofuels, but it has been quietly growing for years. BASF, a German chemical giant, estimates that bio-based products account for some €300m ($470m) of sales in such things as “chiral intermediates” (which give the kick to its pesticides). The sale of industrial enzymes by Novozymes, a Danish firm, brings in over €950m a year, about a third of it from enzymes for improving laundry detergents. Jens Riese of McKinsey, a consultancy, reckons industrial biotech’s global sales will soar to $100 billion by 2011—by which time sales of biofuels will have reached only $72 billion.

Will this boom really prove to be more sustainable than the first, ill-fated blossoming of chemurgy? One potential problem is that oil-based polymers are very good at what they do. Early bioplastics melted too easily, or proved unable to keep soft drinks fizzy when they were made into bottles. Pat Gruber, a green-chemistry guru who helped start NatureWorks (a pioneering biopolymers firm) says customers are sometimes too risk-averse to retrain staff or modify equipment to accept a new biopolymer—even if it is cheaper or better.

It seems likely that oil-based products will be around for a long time in some applications. But the big advances in oil-based polymers happened decades ago, whereas the number of patents granted for industrial biotechnology now exceeds 20,000 per year. Such is the pace of innovation, says Tjerk de Ruiter, chief executive of Genencor, a industrial-biotech firm that is now a division of Denmark’s Danisco, that processes that once took five years now take just one. And Steen Riisgaard, the boss of Novozymes, insists that new technologies can indeed push old ones out of the way, provided they are clearly superior (and not just greener). Brewers raced to adopt Novozymes’ novel enzymes, for example, in order to cash in on the Atkins Diet craze with “low carb” beers.

A second potential obstacle is that incumbent companies will quash the fledgling new technologies. But concern about oil’s reliability as a feedstock means that even oil-dependent incumbents are interested in alternatives. Oil companies such as Royal Dutch Shell and BP see novel bioproducts not as threats but as useful tools for blending into, and possibly extending, remaining oil reserves. And chemicals giants such as Dow and DuPont are also big fans of novel industrial biotechnologies. Chad Holliday, DuPont’s boss, is sure that Sorona, his firm’s new biofibre, will be a multi-billion dollar product and “the next nylon”. DuPont expects its sales of industrial biotechnology products to grow by 16-18% a year, to reach $1 billion by 2012.

Perhaps the biggest worry is that today’s industrial-biotech boom is an artefact of the soaring price of oil. If the oil price plunged and stayed low, the boom would surely turn to bust. Short of outright collapse, however, even a sharp price drop need not burst the biotech bubble. Mr Riese has scrutinised the economics of sugar and oil—the chief rival feedstocks—and concludes that the “bio-route” will be cheaper even at an oil price of $50-60 a barrel. Brent Erickson of BIO, an industry lobby, argues that “this was happening long before the oil-price spike—$100 oil is just gravy.” Industry bosses agree, noting that the flurry of projects now approaching commercial use were deemed viable and initiated a few years ago, when the oil price was closer to $40 a barrel.

For proof that industrial biotech is ready for the big time, look to Brazil. The country already has a large and efficient industry producing ethanol fuel from sugar cane. Now rival consortia are rushing to build plants to turn sugar cane into bioethylene. This is striking. Unlike many other industrial biotech efforts which target niche markets, this is an assault on the $114 billion market for ethylene, the most widely produced organic compound of all.

Erin O’Driscoll of Dow, a chemical giant now investing in Brazilian bioethylene, says the firm is confident the technology is ready for commercialisation. The chief reason for such optimism is that industrial biotechnology is better and cheaper than it was back in the heyday of chemurgy. Dow has even come up with a material made from soyabean oil that it plans to sell to carmakers to replace oil-based foam. Ford and his friend Carver would be proud.


Illustration by David Simonds
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