En laboratorio, un químico transformó el residuo que queda después de preparar el café —cuncho o “borra”— en un material similar a una esponja capaz de remover hasta el 98 % del azufre (parte contaminante) presente en una mezcla que simulaba combustibles como la gasolina y el diésel.
Detrás del hallazgo está Luigi Sebastián Merchán Suárez,
magíster en Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien
decidió estudiar un problema que, aunque casi nunca aparece en las
conversaciones cotidianas, sí influye directamente en la calidad del aire que
respiramos.
Cuando un carro, bus o camión quema gasolina o diésel emite
no solo dióxido de carbono, sino que también libera compuestos de azufre que,
al entrar en combustión, se transforman en gases contaminantes asociados con
problemas respiratorios, lluvia ácida y deterioro de la calidad del aire.
Además aceleran el desgaste de tuberías y equipos industriales en refinerías y
sistemas de transporte de combustibles.
Aunque la industria petrolera lleva décadas usando
hidrodesulfuración —un proceso que usa hidrógeno, altas presiones y
catalizadores para separar el azufre del combustible—, algunos compuestos son
mucho más difíciles de eliminar porque el azufre queda inmerso dentro de la
molécula, por eso remover esas últimas trazas exige más energía y mayores
costos.
“Algunos compuestos azufrados son mucho más difíciles de
eliminar porque el azufre queda ‘muy protegido’ dentro de la molécula, por
decirlo de forma sencilla”, explica el químico Merchán.
Remover esas últimas trazas exige condiciones cada vez más
agresivas, entre ellas más presión y más temperatura, y en consecuencia mayor
consumo energético y costos más elevados.
Además el reto en Colombia es cada vez mayor, ya que, según
diversos informes de Ecopetrol, el país se ha propuesto reducir el contenido de
azufre en combustibles a menos de 10 partes por millón hacia 2030, una meta que
exige procesos de refinación más eficientes.
Fue ahí donde el investigador Merchán comenzó a mirar hacia
un lugar inesperado, pero abundante en Colombia: el café, un cultivo que genera
grandes cantidades de residuos a lo largo de su cadena productiva.
Su investigación formó parte de un proyecto intersedes de la
UNAL enfocado en encontrar nuevas aplicaciones para residuos de la industria
cafetera. Allí evaluó subproductos como pulpa, cáscara, pergamino y cuncho de
café, siendo este último el más prometedor.
La clave está en su composición química
El cuncho de café es una biomasa rica en carbono, una
propiedad crucial para fabricar materiales adsorbentes —similares a esponjas—,
es decir capaces de capturar moléculas sobre su superficie.
Pero convertir ese cuncho en un material funcional requirió
mucho más que secarlo y reutilizarlo. Para los ensayos preliminares el químico
de la UNAL trabajó con pequeñas cantidades recolectadas en la cafetería del
Laboratorio de Investigación en Combustible y Energía del Departamento de
Química, y cuando comprobó que el material tenía potencial, surgió el reto de
garantizar que todas las muestras fueran comparables.
“No todos los cafés generan el mismo residuo, pues factores
como el tipo de grano, el nivel de tostión o la forma de preparación pueden
alterar las propiedades del material. Para reducir esa variabilidad decidí
recolectar toda la muestra de una única fuente comercial, en este caso una
reconocida cadena de café internacional”, explica el magíster.
Después de secarla, tamizarla y clasificarla por tamaño de
partícula, el cuncho se sometió a tratamientos térmicos controlados para
modificar su estructura interna sin destruir su base de carbono. El calor
eliminó la humedad y los compuestos inestables creando poros y diminutas
cavidades que multiplicaron su superficie de contacto.
“Convertimos ese cuncho en una especie de esponja
microscópica para moléculas de azufre, y, como ocurre con una esponja común,
cuanto más porosa era su estructura mayor era su capacidad de retener lo que
entraba en contacto con ella”, resume.
Ahora faltaba remover el azufre
Para comprobarlo, el investigador no utilizó gasolina o
diésel comerciales, sino que primero creó en laboratorio un “combustible
modelo”, es decir una mezcla mucho más simple, diseñada para contener una
cantidad exacta de una sola molécula con azufre.
Esta decisión fue estratégica, pues mientras un combustible
real puede parecer una “sopa química” con cientos o incluso miles de moléculas
distintas mezcladas al mismo tiempo, el combustible modelo se parece más a una
receta controlada, en la que se conoce exactamente cada ingrediente y su
cantidad.
Con esa mezcla lista, el procedimiento fue similar a probar
la eficacia de un filtro de agua. Primero se midió la cantidad de molécula de
azufre presente en el combustible; después esa mezcla se puso en contacto con
el material derivado del café —la “esponja microscópica”— y se dejó que las
moléculas interactuarán con su superficie porosa.
Si el material funcionaba, parte de esas moléculas debía
quedar atrapada en sus poros. Luego venía la prueba definitiva: volver a medir
el combustible para ver cuánto azufre seguía allí.
Para hacer esa medición el magíster utilizó cromatografía
líquida de alta eficiencia (HPLC), una técnica que, en términos simples, actúa
como un separador molecular que permite “desarmar” una mezcla compleja,
identificar sus componentes y medir con precisión cuánto hay de cada uno.
Así pudo comparar los distintos tratamientos aplicados al
café y descubrir cuál generaba el material más eficiente. El resultado más
llamativo fue una remoción cercana al 98 %.
Sin embargo, el experto insiste en poner esa cifra en
contexto: “es un resultado muy prometedor porque demuestra que el concepto
funciona, pero todavía no significa que podamos reemplazar inmediatamente los
procesos industriales actuales”, advierte.
La razón es que ese 98 % se obtuvo en un escenario
altamente controlado, por lo que ahora el siguiente paso será probar el
material en combustibles reales, en los que muchas otras moléculas también
compiten por espacio dentro de esa “esponja” y podrían reducir su eficiencia.
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