Estudio preliminar del uso de posos de café como ingrediente de sustratos agrícolas y precursor de electrodos carbonosos

Álvarez Añaños, Pedro Joaquín
Alvira Dobón, Darío S. (dir.) ; Manyà Cervelló Joan J. (dir.)

Universidad de Zaragoza, EPSHUES, 2025
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural

Resumen: La creciente problemática ambiental derivada de la inadecuada gestión de los residuos orgánicos, en particular los agroalimentarios, pone de manifiesto la necesidad de implementar estrategias eficaces para evitar impactos negativos en el medioambiente. Este trabajo investiga dos estrategias para la valorización de posos de café (PDC) como (1) sustituto parcial de turba en sustratos agrícolas y como (2) precursor biomásico para la producción de electrodos carbonosos para baterías de iones de sodio (SIBs). Los PDC se presentan como una biomasa con alto contenido en carbono, y por tanto atractivos para la producción mediante procesos termoquímicos de biochar, hidrochar y carbones duros.
Para evaluar la valorización agrícola de esta biomasa, se prepararon diferentes sustratos combinando turba comercial con PDC, hidrochar de PDC o biochar de PDC, evaluando también el efecto del lavado previo de estos materiales con agua caliente. Con las mezclas obtenidas se llevaron a cabo pruebas de germinación y crecimiento vegetal de Lepidium sativum, además de determinarse parámetros como el pH y la conductividad eléctrica de los sustratos. El lavado previo de los aditivos resulto ser un tratamiento clave para la elaboración de los sustratos al disminuir sus efectos fitotóxicos. La adición de biochar lavado mejoró las propiedades del sustrato, demostrando que es un material válido para reemplazar parcialmente a la turba en sustratos comerciales, al menos en una proporción del 10% en volumen. La adición de hidrochar también resultó en un medio de cultivo viable, aunque con propiedades ligeramente menos favorables. En contraposición, el uso directo de la biomasa en proporciones superiores a 2,5% mostró efectos fitotóxicos, lo que desaconseja su uso como aditivo en sustratos.
La producción de carbones duros para su uso como ánodos en SIBs se realizó mediante pretratamientos hidrotermales de la biomasa y posterior descomposición termoquímica mediante pirólisis. Además, se estudió la adición de algunos ácidos durante el proceso de carbonización hidrotermal (HTC) con el objetivo de mejorar las propiedades de los carbones resultantes. El análisis de la estructura y propiedades electroquímicas de estos materiales mediante técnicas como SEM, XRD y ciclos de carga/descarga galvanostáticos mostró que los carbones sintetizados a partir de los posos de café pueden ser utilizados como ánodos en SIBs, con capacidades reseñables de en torno a los 250 mAh g–1.
El estudio concluye que los PDC representan un recurso valioso para la economía circular, con aplicaciones tanto en el sector agrícola como en el energético. Sin embargo, resulta necesario optimizar los procesos de producción y realizar estudios a mayor escala para confirmar su viabilidad comercial.

Palabra(s) clave (del autor): Posos de café ; Biochar ; Hidrochar ; Sustratos agrícolas ; Carbonización hidrotermal ; Carbones duros ; Baterías de iones de sodio ; Electrodos carbonosos ; Dopado de carbones ; Fitotoxicidad

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado