Valorization of Coffee Grounds for

Valorization of Coffee Grounds for Biodiesel Production
Nídia S.Caetano*ab, Vânia F.M. Silvaac, Teresa M. Matab
aDepartment of Chemical Engineering, School of Engineering (ISEP), Polytechnic Institute of Porto (IPP), R. Dr.
António Bernardino de Almeida S/N, 4200-072 Porto, Portugal
bLEPAE – Laboratory for Process, Environmental and Energy Engineering, Faculty of Engineering, University of
Porto (FEUP), R. Dr. Roberto Frias S/N, 4200-465 Porto, Portugal
cCIETI – Centre of Innovation on Engineering and Industrial Technology, School of Engineering (ISEP), Polytechnic
Institute of Porto (IPP), R. Dr. António Bernardino de Almeida S/N, 4200-072 Porto, Portugal
[e-mail]
This work evaluates the use of spent coffee grounds (SCG) for biodiesel production. The SCG were
characterized for their moisture content (12.1 wt%), total carbon (TC) and total nitrogen (TN) (52.2 and
2.1 wt% respectively), cellulose and total lignin contents (33.6 wt% and 13.8 wt% respectively),
carbon/nitrogen mass ratio (C/N = 24.8) and higher heating value (HHV, of 19.3 MJ/kg). For extracting
the oil from the SCG, several solvents were tested at different contact times: hexane, ethanol,
isopropanol, heptane and a mixture of hexane/isopropanol in the proportions of 50:50; 60:40; 70:30
and 80:20 (vol/vol). Results revealed an oil content ranging from 6.3 to 28.3 wt%, depending on the
extraction conditions. For example, using hexane/isopropanol (50:50, vol/vol) a 21.5 wt% of oil
recovery was obtained after 3 h of contact time, while using isopropanol a 21.0 wt% of oil recovery was
obtained in 6.8 h, but at higher operating cost, considering the energy and solvent consumption.
Regarding the oil characterization the following parameters can be highlighted: HHV of 36.4 MJ/kg,
iodine value of 54.4 (g I2)/(100 g oil), water content of 2004 ppm and acid value of 118.4 (mg KOH)/(g
oil). Finally, the possibility of using the recovered coffee oil for biodiesel production was evaluated. In
this regard it was performed the oil esterification in three consecutive steps (using 1% of H2SO4 and 40
% of methanol for 2 h of reaction time at 60 ºC and 500 rpm) followed by one transesterification step (1
% of NaOH and 40 % of methanol during a 2 h reaction time at 60 ºC and 500 rpm). The resulting
biodiesel was characterized for its acid value, density, viscosity at 40 ºC, iodine value and esters
content (65.7 to 72.9 %), of which only the iodine value of 26 and 58.4 (g I2)/(100 g biodiesel) was
within the NP EN14214:2009 standard limits. The reaction yield varied between 58.8 and 62.2 wt%.
Results suggest the need for a further process optimization in order to obtain a biodiesel complying
with this standard quality requirements.
1. Introduction
Recent decades have seen a significant rise in coffee production and consumption, and consequently
an increase in the coffee waste generation. Thus, alternative routes are needed for this waste
management, developing new treatment or valorization strategies that should be viable both technically
and economically. The composition of SCG is very complex as a wide variety of chemical compounds
are present, suggesting that this residue can be used for various applications. The presence of
nitrogen allows it to be directly used as fertilizer or as soil improver (or compost) (Kondamudi et al.,
2008). Due to its high lignocellulosic content, another possible valorization route is the production of
267
sugars to be fermented for bioethanol that can be used as fuel or for any other purpose. On the other
hand, SCG still have oil content in the order of 10-20 wt% which can be recovered and used for
biodiesel. Bioethanol can be used in conjunction with the lipid fraction extracted from coffee to produce
biodiesel via a transesterification reaction (Caetano, 2011).
Biodiesel is a biodegradable fuel that can be used instead or added to diesel fuel in internal
combustion engines with little or none modifications. The most common process to produce biodiesel is
through transesterification, a reaction between triglycerides and an alcohol with a low molecular weight
(ethanol or methanol) in the presence of a basic catalyst (NaOH or KOH), to obtain esters and glycerol
(Mata et al., 2010, 2011; Morais et al., 2010a). The efficiency of biodiesel production is also dependent
on factors such as the catalyst, type of alcohol and oil, the alcohol: oil molar ratio, reaction time and
temperature, and stirring during reaction (Moser, 2009). The reaction is very sensitive to feedstocks
purity, especially to water and free fatty acids (FFA) contents, as more than 0.5 wt% and 1 wt%,
respectively, will reduce the yield and quality of biodiesel, usually requiring a pre-treatment in order to
avoid soap formation in the presence of alkaline catalysts (Morais et al., 2010b).
This work aims to identify the most adequate operating conditions to perform the oil extraction from
SCG and the oil transesterification to biodiesel, assessing the resulting b

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Valorization กาแฟเหตุสำหรับผลิตไบโอดีเซลNídia S.Caetano*ab, Vânia เอฟเอ็ม Silvaac เทเรซาม. MatabaDepartment วิศวกรรมเคมี โรงเรียนของวิศวกรรม (ISEP), สารพัดช่างสถาบันของปอร์โต (IPP) R. DrAntónio นเบอร์นาดีโน de Almeida S/N, 4200-072 ปอร์โต โปรตุเกสbLEPAE-ห้องปฏิบัติการ สิ่งแวดล้อม และพลังงาน วิศวกรรม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยปอร์ (FEUP), R. Dr. Roberto Frias S/N ปอร์โต โปรตุเกส 4200-465cCIETI – ศูนย์นวัตกรรมวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม โรงเรียนของวิศวกรรม (ISEP), โรงเรียนสารพัดช่างสถาบันของปอร์โต (IPP), R. ดร. António นเบอร์นาดีโนเด Almeida S/N, 4200-072 ปอร์โต โปรตุเกส[e-mail]งานนี้ประเมินการใช้จ่ายกาแฟเนส (SCG) ใช้สำหรับผลิตไบโอดีเซล SCG มีลักษณะเนื้อหาของความชื้น (12.1 wt %), รวมคาร์บอน (TC) และไนโตรเจน (TN) (52.2 และ2.1 wt %ตามลำดับ), เซลลูโลสและรวมเนื้อหา lignin (33.6 wt %และ 13.8 wt %ตามลำดับ),อัตราส่วนมวลของคาร์บอน/ไนโตรเจน (C/N = 24.8) และสูงกว่าความร้อนค่า (HHV ของ 19.3 MJ/kg) สำหรับการดึงข้อมูลน้ำมันจาก SCG หรือสารทำละลายต่าง ๆ ได้ทดสอบในหลายช่วงเวลาติดต่อ: เฮกเซน เอทานอลisopropanol, heptane และส่วนผสมของเฮก เซน/isopropanol ในสัดส่วนของคนละครึ่ง 60:40 70:30และ 80:20 (vol/vol) ปริมาณน้ำมันมีตั้งแต่ 6.3% wt 28.3 ขึ้นอยู่กับการเปิดเผยผลการเงื่อนไขที่สกัด ตัวอย่าง การใช้เฮกเซน (คนละครึ่ง vol/vol) isopropanol 21.5 wt %ของน้ำมันกู้คืนได้รับหลังจาก h 3 เวลาติดต่อ ขณะใช้ isopropanol 21.0% wt ของกู้คืนน้ำมันถูกรับ 6.8 h แต่ต้น ทุนดำเนินงานสูงขึ้น พิจารณาปริมาณการใช้พลังงานและตัวทำละลายเกี่ยวกับการจำแนกน้ำมันสามารถเน้นพารามิเตอร์ต่อไปนี้: HHV 36.4 MJ/kgค่าไอโอดีน 54.4 (g I2) / (น้ำมัน 100 กรัม), น้ำเนื้อหาค่า 2004 ppm และกรดของ 118.4 (มิลลิกรัมเกาะ) / (gน้ำมัน) ในที่สุด ใช้กู้คืนกาแฟน้ำมันสำหรับผลิตไบโอดีเซลถูกประเมิน ในเรื่องนี้ก็ทำ esterification น้ำมันสามขั้นตอนต่อเนื่องกัน (โดยใช้ 1% ของกำมะถันและ 40%ของเมทานอลสำหรับ 2 h ของปฏิกิริยาเวลา 60 ºC และ 500 rpm) ตามขั้นตอนเพิ่มหนึ่ง (1%ของ NaOH และ 40% ของเมทานอลในเวลาปฏิกิริยา 2 h ที่ 60 ºC และ 500 rpm) การส่งผลไบโอดีเซลเป็นลักษณะของค่ากรด ความหนาแน่น ความหนืดที่ 40 ºC ค่าไอโอดีน และ estersเนื้อหา (65.7-72.9%), ซึ่งเฉพาะค่าไอโอดีนของ 26 และ 58.4 (g I2) / ถูก (ไบโอดีเซล 100 กรัม)ภายในวงเงินมาตรฐาน NP EN14214:2009 ผลผลิตของปฏิกิริยาที่แตกต่างกันระหว่าง 58.8 และ 62.2% wtผลการแนะนำที่จำเป็นสำหรับกระบวนการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ไบโอดีเซลที่ปฏิบัติมีความต้องการคุณภาพมาตรฐานนี้1. บทนำทศวรรษที่ผ่านมาล่าสุดได้เห็นเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการผลิตกาแฟและปริมาณการใช้ และจากนั้นการเพิ่มขึ้นในรุ่นเสียของกาแฟ ดังนั้น เส้นทางสำรองจำเป็นสำหรับการนี้เสียการจัดการ การพัฒนาบำบัดหรือ valorization กลยุทธ์ใหม่ที่ควรจะทำงานได้ทั้งในทางเทคนิคแล้วและ องค์ประกอบของ SCG มีความซับซ้อนมากเป็นสารประกอบทางเคมีที่หลากหลายมี แนะนำที่ ตกค้างนี้ใช้สำหรับโปรแกรมประยุกต์ต่าง ๆ สถานะของไนโตรเจนให้มันโดยตรงจะใช้ เป็นปุ๋ย หรือดิน improver (หรือปุ๋ย) (Kondamudi et al.,ปี 2008) สูง lignocellulosic เนื้อหา เส้นทาง valorization ไปอีกเป็นการผลิต267น้ำตาลจะถูกหมัก bioethanol ที่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิง หรือวัตถุประสงค์อื่นใด อื่น ๆมือ เอสซีจียังมีปริมาณน้ำมันกับ 10-20 wt %ซึ่งสามารถกู้คืน และใช้สำหรับไบโอดีเซล Bioethanol สามารถใช้ร่วมกับเศษไขมันที่สกัดจากกาแฟการผลิตไบโอดีเซลผ่านปฏิกิริยาเพิ่ม (Caetano, 2011)ไบโอดีเซลคือ เชื้อเพลิงวัตถุดิบชีวภาพที่สามารถใช้แทน หรือเพิ่มน้ำมันเชื้อเพลิงดีเซลในภายในเครื่องยนต์เผาไหม้ มีน้อยหรือไม่มีการปรับเปลี่ยน กระบวนการทั่วไปในการผลิตไบโอดีเซลโดยเพิ่ม ปฏิกิริยาระหว่างระดับไตรกลีเซอไรด์และแอลกอฮอล์ที่ มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ(เอทานอลหรือเมทานอล) ในต่อหน้าของแบบพื้นฐาน catalyst (NaOH หรือเกาะ), รับ esters และกลีเซอร(ภะรัตมะตะ et al., 2010, 2011 Morais et al., 2010a) ก็ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของการผลิตไบโอดีเซลในปัจจัย catalyst ชนิดของน้ำมันและแอลกอฮอล์ เหล้า: อัตราส่วนสบน้ำมัน เวลาตอบสนอง และอุณหภูมิ และกวนในระหว่างปฏิกิริยา (โม 2009) ปฏิกิริยาที่มีความไวสูงต่อวมวลความบริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับน้ำและกรดไขมันอิสระ (FFA) เนื้อหา % wt มากกว่า 0.5 และ 1 wt %ตามลำดับ จะลดผลผลิตและคุณภาพของไบโอดีเซล มักจะต้องรักษาก่อนเพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของสบู่ในต่อหน้าของด่างสิ่งที่ส่งเสริม (Morais et al., 2010b)งานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อระบุเงื่อนไขปฏิบัติเพียงพอมากที่สุดเพื่อทำการสกัดน้ำมันจากเอสซีจีและเพิ่มน้ำมันไบโอดีเซล b ผลการประเมิน

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

Valorization ของกากกาแฟสำหรับการผลิตไบโอดีเซล
Nidia S.Caetano * AB, Vânia FM Silvaac เทเรซาเอ็ม Matab
ภาควิชาวิศวกรรมเคมีคณะวิศวกรรม (ISEP) สถาบันโพลีเทคนิคของปอร์โต (IPP), ดร.
อาร์Antónioดิโอเดอไมย์S / N, 4200-072 โปรตุเกส
bLEPAE -
ห้องปฏิบัติการสำหรับกระบวนการสิ่งแวดล้อมและพลังงานเครื่องกลคณะวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยปอร์โต(FEUP) ดร. อาร์โร Frias S / N, 4200-465 โปรตุเกส
cCIETI - ศูนย์นวัตกรรมวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม, โรงเรียนวิศวกรรม (ISEP)
โปลีเทคนิคสถาบันปอร์โต(IPP), ดร. อาร์Antónioดิโอเดอไมย์ S / N, 4200-072 โปรตุเกส
[e-mail]
นี้ ประเมินการทำงานของการใช้กากกาแฟที่ใช้เวลา (เอสซีจี) สำหรับการผลิตไบโอดีเซล เอสซีจีได้รับการที่โดดเด่นสำหรับความชื้นของพวกเขา (12.1% โดยน้ำหนัก) คาร์บอนรวม (TC) และไนโตรเจนทั้งหมด (TN) (52.2 และ 2.1% โดยน้ำหนักตามลำดับ) เซลลูโลสและเนื้อหาของลิกนินรวม (33.6% โดยน้ำหนักและ 13.8% โดยน้ำหนักตามลำดับ) คาร์บอน / ไนโตรเจนอัตราส่วนโดยมวล (C / N = 24.8) และค่าความร้อนที่สูงขึ้น (HHV, 19.3 MJ / kg) สำหรับการสกัดน้ำมันจากเอสซีจีที่ตัวทำละลายหลายได้รับการทดสอบในช่วงเวลาที่แตกต่างกันติดต่อ: เฮกเซนเอทานอล isopropanol, heptane และส่วนผสมของเฮกเซน / isopropanol ในสัดส่วน 50:50 ที่; 60:40; 70:30 และ 80:20 (ปริมาตร / ปริมาตร) ผลการศึกษาพบเนื้อหาน้ำมันตั้งแต่ 6.3-28.3% โดยน้ำหนักขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการสกัด ตัวอย่างเช่นการใช้เฮกเซน / isopropanol (50:50 ปริมาตร / ปริมาตร) ขนาด 21.5% โดยน้ำหนักของน้ำมันกู้คืนได้หลังจาก3 ชั่วโมงเวลาติดต่อในขณะที่ใช้ isopropanol น้ำหนัก 21.0% ของการกู้คืนน้ำมันที่ได้รับใน6.8 ชั่วโมง แต่ใน ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่สูงขึ้นพิจารณาการใช้พลังงานและการใช้ตัวทำละลาย. เกี่ยวกับลักษณะของน้ำมันพารามิเตอร์ต่อไปนี้จะเน้น: HHV 36.4 MJ / kg, ค่าไอโอดีนของ 54.4 (ช I2) / (100 กรัมน้ำมัน) ปริมาณน้ำของปี 2004 ppm และ ค่ากรด 118.4 (mg KOH) / (กรัมน้ำมัน) ในที่สุดความเป็นไปได้ของการใช้น้ำมันกาแฟกู้คืนสำหรับการผลิตไบโอดีเซลที่ได้รับการประเมิน ในเรื่องนี้มันจะถูกดำเนินการ esterification น้ำมันในสามขั้นตอนต่อเนื่องกัน (โดยใช้ 1% ของ H2SO4 และ 40% ของเมทานอลเป็นเวลา 2 ชั่วโมงของเวลาปฏิกิริยาที่ 60 องศาเซลเซียสและ 500 รอบต่อนาที) ตามด้วยขั้นตอนเดียว transesterification (1% ของ NaOH และ 40% เมทานอลในช่วงเวลาที่เกิดปฏิกิริยา 2 ชั่วโมงที่ 60 องศาเซลเซียสและ 500 รอบต่อนาที) ส่งผลให้ไบโอดีเซลก็มีลักษณะสำหรับค่ากรด, ความหนาแน่นของความหนืดที่ 40 องศาเซลเซียสค่าไอโอดีนและเอสเทอเนื้อหา(65.7-72.9%) ซึ่งเป็นเพียงค่าไอโอดีน 26 และ 58.4 (การกรัม I2) / (100 กรัมไบโอดีเซล) เป็นภายใน NP EN14214: 2009 มาตรฐานข้อ จำกัด ผลผลิตปฏิกิริยาแตกต่างกันระหว่าง 58.8 และ 62.2% น้ำหนัก. ผลชี้ให้เห็นความจำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการต่อไปเพื่อให้ได้ไบโอดีเซลปฏิบัติตามกับความต้องการที่มีคุณภาพมาตรฐาน. 1 บทนำทศวรรษที่ผ่านมาเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้เห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมากในการผลิตและการบริโภคกาแฟและจึงเพิ่มขึ้นในการผลิตของเสียกาแฟ ดังนั้นเส้นทางอื่นที่จำเป็นสำหรับการเสียนี้การจัดการการพัฒนารักษาใหม่หรือกลยุทธ์ valorization ที่ควรจะทำงานได้ทั้งในทางเทคนิคและเศรษฐกิจ องค์ประกอบของเอสซีจีมีความซับซ้อนมากกับความหลากหลายของสารเคมีที่มีอยู่บอกว่าที่เหลือนี้สามารถใช้สำหรับการใช้งานต่างๆ การปรากฏตัวของไนโตรเจนช่วยให้สามารถนำมาใช้โดยตรงเป็นปุ๋ยหรือเป็น improver ดิน (หรือปุ๋ยหมัก) (Kondamudi et al., 2008) เนื่องจากเนื้อหาลิกโนเซลลูโลสสูงเส้นทาง valorization อื่นที่เป็นไปได้คือการผลิตของ267 น้ำตาลจะได้รับการหมักเอทานอลสำหรับที่สามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือเพื่อวัตถุประสงค์อื่นใด ที่อื่น ๆมือเอสซีจียังคงมีปริมาณน้ำมันในลำดับที่ 10-20% โดยน้ำหนักที่สามารถกู้คืนและใช้สำหรับการผลิตไบโอดีเซล เอทานอลสามารถใช้ร่วมกับส่วนไขมันที่สกัดจากกาแฟในการผลิตไบโอดีเซลผ่านปฏิกิริยา transesterification (Caetano 2011). ไบโอดีเซลเป็นเชื้อเพลิงย่อยสลายทางชีวภาพที่สามารถนำมาใช้แทนหรือเพิ่มน้ำมันดีเซลในภายในเครื่องยนต์สันดาปกับการปรับเปลี่ยนเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย. กระบวนการที่พบมากที่สุดในการผลิตไบโอดีเซลคือผ่าน transesterification ปฏิกิริยาระหว่างไตรกลีเซอไรด์และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (เอทานอลหรือเมทานอล) ในการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นพื้นฐาน (NaOH หรือ KOH) ที่จะได้รับเอสเทอและกลีเซอรอล(Mata et al, . 2010, 2011. Morais, et al, 2010a) ประสิทธิภาพของการผลิตไบโอดีเซลยังขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดของเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และน้ำมันเครื่องดื่มแอลกอฮอล์น้ำมันอัตราส่วนโดยโมล, เวลาปฏิกิริยาและอุณหภูมิและตื่นเต้นในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา(Moser 2009) ปฏิกิริยาที่มีความสำคัญมากที่จะวัตถุดิบบริสุทธิ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับน้ำและกรดไขมันอิสระ (FFA) เนื้อหาเป็นเกิน 0.5% โดยน้ำหนักและ 1 น้ำหนัก% ตามลำดับจะลดผลผลิตและคุณภาพของไบโอดีเซลมักจะต้องรักษาก่อนใน เพื่อที่จะหลีกเลี่ยงการก่อสบู่ในการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์(Morais et al., 2010b). งานนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อระบุสภาพการใช้งานมากที่สุดที่เพียงพอที่จะดำเนินการสกัดน้ำมันจากเอสซีจีและ transesterification น้ำมันไบโอดีเซล, การประเมินผลข