Cada año se consumen aproximadamente 400 mil millones de tazas de café en todo el mundo, lo que da como resultado aproximadamente 18 millones de toneladas de café molido húmedo, lo que equivale aproximadamente en peso a tres pirámides de Giza. La gran mayoría de los posos de café acaban en los vertederos. Sin embargo, estos desechos orgánicos de alta humedad tienen el potencial de convertirse en combustibles, pero su alto contenido de agua siempre ha sido un obstáculo técnico clave en el proceso de utilización económica.

El equipo de investigación científica del Instituto Coreano de Recursos Geológicos (KIGAM) anunció recientemente que ha desarrollado una tecnología de "pirolisis de plasma con llama" (FPP, por sus siglas en inglés), primera en el mundo, que puede convertir directa y rápidamente los posos de café en biocombustibles sólidos de alta calidad cuando todavía se encuentran en un estado de alto contenido de agua. Todo el proceso dura como mínimo unos 90 segundos. Esta tecnología evapora instantáneamente el agua rociando una llama de plasma con una temperatura de 800 a 900 grados Celsius, creando un efecto de hinchazón similar al de las palomitas de maíz dentro de las partículas, convirtiendo rápidamente la estructura de los posos del café en biocarbón poroso (biocarbón).

El equipo de investigación científica afirmó que el rendimiento del combustible de este nuevo biocarbón es cercano al del carbón de antracita, al tiempo que elimina por completo el proceso de presecado que requiere mucho tiempo y energía en el proceso tradicional. Más importante aún, el proceso FPP considera la humedad como un factor favorable y la convierte en un activador de vapor que promueve reacciones y mejora la calidad del producto, logrando así un procesamiento integrado de carbonización y secado rápidos mientras se mantiene un alto contenido de humedad de las materias primas.

El artículo de investigación fue publicado en la revista Chemical Engineering. El contenido de humedad de los posos de café utilizados en el experimento es de aproximadamente el 55 %, lo que sigue siendo un desperdicio típico de alta humedad. Durante el proceso, los investigadores utilizaron plasma de llama generado por la combustión de gas licuado de petróleo (GLP) y aire comprimido para procesar los posos de café húmedos en condiciones de presión normales. Solo tomó 90 segundos completar el secado y la carbonización, reduciendo la calidad de la materia prima en aproximadamente un 83,3% y formando partículas de biocarbón con una estructura suelta y porosa.

Los resultados de las pruebas muestran que el poder calorífico de bajo nivel del biocarbón es de aproximadamente 29 MJ/kg, lo que significa que cada kilogramo de combustible quemado puede liberar 29 megajulios de energía térmica; en comparación, el poder calorífico de la madera común suele ser de 15 a 20 MJ/kg. El contenido de carbono fijo del biocarbón casi se ha triplicado, del 15,6% original al 46,2%, lo que significa que una mayor proporción del material se convierte en estructuras de carbono de alta energía, lo que resulta beneficioso para mejorar la eficiencia de la combustión y la durabilidad.

En términos de desempeño ambiental, el proceso FPP elimina completamente los compuestos de azufre de las materias primas y evita la emisión de óxidos de azufre que pueden causar fácilmente lluvia ácida y contaminación del aire desde la fuente. La superficie específica del material ha aumentado significativamente de sólo 1,5 m²/g a 115,4 m²/g, lo que se acerca al nivel del carbón activo. Además del combustible, también tiene aplicaciones potenciales como la purificación de agua, la filtración de aire y la adsorción industrial. Al mismo tiempo, el proceso casi no produce humo ni alquitrán, lo que ayuda a reducir significativamente las emisiones de contaminantes secundarios comunes en los procesos tradicionales de conversión de biomasa.

La velocidad es otro punto destacado de esta tecnología. Los métodos tradicionales de conversión de biomasa, como la carbonización hidrotermal y la torrefacción, suelen requerir tiempos de procesamiento que oscilan entre 30 minutos y 6 horas. El proceso FPP de KIGAM solo tarda unos 90 segundos en completar una conversión similar y la eficiencia es hasta aproximadamente 240 veces más rápida que los procesos tradicionales. Esta tasa de procesamiento ultra alta la hace más realista y factible para la utilización de recursos residuales a gran escala.

Vale la pena señalar que este sistema también evita el problema común del "alto consumo de energía" en la tecnología de procesamiento de plasma convencional. El equipo de investigación no utilizó equipos de plasma eléctrico de alto consumo de energía, sino que utilizó combustión de GLP y aire comprimido para generar plasma de llama, reduciendo así el consumo total de energía y al mismo tiempo proporcionando las temperaturas extremadamente altas necesarias para completar una conversión rápida. Este diseño mejora aún más la economía y la eficiencia energética del proceso.

El equipo de investigación científica señaló que la mayor ventaja de esta tecnología es que "los materiales húmedos se alimentan directamente al horno", lo que elimina por completo el proceso de secado y se espera que reduzca el consumo de energía y los costos operativos de todo el sistema. Si bien el objeto de investigación actual se centra en los posos de café, el ámbito de aplicación de la tecnología FPP no se limita a este. En el futuro, se podrá ampliar a una variedad de desechos orgánicos con alto contenido de humedad, como desechos de alimentos, residuos agrícolas e incluso lodos, convirtiéndose en una solución de conversión de residuos en energía de amplia aplicación.

El Dr. Park Taijun (transliteración), primer autor del artículo, dijo: "Esta tecnología proporciona un nuevo paradigma, de modo que los residuos ya no se consideran simplemente una carga que debe ser tratada, sino como un valioso recurso energético. Planeamos expandir este proceso a más categorías de residuos orgánicos con alto contenido de humedad y continuar optimizando el proceso para promover su aplicación comercial a escala industrial". El equipo de investigación también enfatizó que el equipo del sistema FPP es relativamente compacto y se espera que se implemente en un sistema de "integración de energía residual" en el sitio en la fuente para lograr el procesamiento y el suministro de energía en el sitio.

Según información publicada por el Instituto Coreano de Recursos Geológicos a través de la plataforma EurekAlert, la dirección de desarrollo futuro de esta tecnología se centrará en la estabilidad del proceso, las capacidades de operación continua y la optimización de parámetros de diferentes tipos de desechos. El objetivo es convertirlo en un dispositivo energético modular que pueda promoverse en múltiples escenarios, como el tratamiento de residuos sólidos urbanos, la gestión de residuos agrícolas y las plantas de tratamiento de aguas residuales a medio y largo plazo, proporcionando un nuevo camino técnico para construir un sistema de combustible sólido renovable más limpio y eficiente.