ANÁLISE IMEDIATA DO RESÍDUO BORRA DO CAFÉ

ÁREA

Química Ambiental

Autores

Tavares, M.L.A. (IFRN) ; Medeiros, J.G.F.S. (IFRN) ; Silva, N.E. (IFRN) ; Alves, L.A. (IFRN) ; Nascimento, T.L. (IFRN) ; Bertini, L.M. (IFRN)

RESUMO

A cafeicultura gera uma grande quantidade de resíduos, principalmente no resultante do preparo da bebida, a borra do café. Entre os pilares do desenvolvimento sustentável está a possibilidade de diminuir ou agregar valores aos resíduos gerados nos processos. Desse modo, foram realizadas as análises da borra, através de métodos químicos e físicos. Foram analisados os seguintes parâmetros: teor de Umidade (4,66%); teor de Materiais Voláteis (89,55%), de Carbono Fixo (8,20%) e teor de Cinzas (2,24%). Tais aspectos servem para determinar a composição do resíduo e sua capacidade de geração de calor. As analises se mostraram eficientes para a determinação dos componentes e sinalizam que a borra pode ser utilizada como biomassa para biocombustível sólido, o briquete.

Palavras Chaves

BIOMASSA; SUSTENTABILIDADE; BORRA DE CAFÉ

Introdução

O consumo do café tem crescido a cada ano e consequentemente aumentado a sua produção, a nível mundial (Rajesh Banu et al., 2020). Segundo o Boletim da Safra de Café de 2021, publicado pela Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), foram produzidas aproximadamente 48 milhões de sacas da borra de café no Brasil. O consumo do café acaba gerando um resíduo denominado borra do café. Segundo Hermann (2019), esse resíduo não apresenta valor comercial, devido à presença de produtos como taninos e cafeína, pois são considerados antinutricionais para a alimentação animal e quando em concentração acima de 2,5 % são tóxicos para as plantas e micro-organismos do solo. O café pertence à família das Rubiáceas, sendo considerado uma árvore pequena ou um arbusto perene. O alto valor desta planta reside quase que exclusivamente na sua semente, com as quais se prepara a bebida denominada café. Os compostos fenólicos, além de contribuírem para a formação do sabor e aroma característicos das bebidas de café, são conhecidos em razão das propriedades fisiológicas e farmacológicas que conferem à saúde humana, como a atividade antioxidante (ALIXANDRE et al, 2022). Quanto à sua composição elementar, segundo as análises de Batista Júnior (2017), a constituição da borra é: 49,00% de carbono, 7,02 de hidrogênio, 2,86% de nitrogênio, 1,43% de enxofre e 36,69% de Oxigênio. Ademais, o mesmo autor justifica que as discrepâncias entre cada trabalho podem decorrer do tipo do café e do tratamento dado no processo industrial. No processamento do cultivo até o produto final são gerados: sobras das plantas como galhos e folhas, casca do fruto, polpa, mucilagem, película prateada, borra, entre outros. Entretanto, do fruto do café, 90% tornam-se resíduos e apenas 10% são o produto de interesse na atualidade, fazendo com que a biorrefinaria do café seja de grande interesse econômico para a melhoria da rentabilidade do processamento do café (SILVESTRINI, 2018). Soares (2015) afirma que a borra em pó é um resíduo rico em lipídios, no qual, segundo Andrade (2011), triglicerídeos e ésteres de álcool diterpeno são as principais classes encontradas, e por esta razão, geram a possibilidade do uso de óleo extraído da borra na produção de biodiesel de alta qualidade. Assim como a casca de café, a borra contém cafeína, taninos e polifenóis, porém, em menor quantidade. No entanto, a presença desses compostos ainda a torna um resíduo tóxico à natureza, limitando seu uso apenas à ração animal, adubo e como combustíveis, em substituição ou adição à lenha (ANDRADE, 2011), por isso a importância ecológica de propor novas opções de reutilização do resíduo. Quanto à disponibilidade da matéria-prima, o comércio cafeicultor brasileiro tem destaque inclusive mundial.Segundo Galanakis(2017), o café é a segunda maior commodity, produzido em mais de 70 países. O Brasil tem grande destaque como produtor e exportador de café em grão (café verde) no mundo. Entre 2018 e 2019 o Brasil foi o maior produtor mundial de café (UTRILLACATALAN et al., 2022),e segundo a Organização Internacional do Café (OIC) em 2023,o país permanece na liderança. Cerca de 90% de todo o café consumido acaba em forma de resíduo sólido, após a extração dos compostos solúveis do café torrado durante a preparação da bebida, seja para café expresso ou café coado (KOURMENTZA, 2018).Somado a isso, segundo a ABIC (Associação Brasileira da Indústria do Café), cerca de 2.000 toneladas de borra de café são descartadas todos os anos no Brasil. Andrade (2011) aponta que em uma indústria de café solúvel, para cada tonelada de café produzida são geradas 4,5 t de borra, com aproximadamente 80% de umidade, mesmo assim, apenas uma pequena porcentagem é aproveitada em razão do desconhecimento do potencial energético e pela falta de equipamentos apropriados para sua utilização. Para Araujo (2021),a utilização de resíduos sólidos como fonte de energia é uma opção, que além de dar um destino a esses resíduos, irá contribuir para reduzir a disposição em aterros sanitários ou industriais. Portanto, a utilização da borra como matéria prima de biomassa se faz útil como uma possível mitigação dos problemas relacionados ao petróleo. Dessa forma, esta pesquisa realizou análises imediatas do material para, a partir disso, determinar sua viabilidade de utilização como biomassa.

Material e métodos

COLETA E PREPARAÇÃO DA BIOMASSA A borra de café foi coletada nas residências da cidade de Apodi no estado do Rio Grande do Norte. Durante o processo de coleta a borra foi armazenada em um recipiente fechado e sob refrigeração, para a prevenção da proliferação de micro-organismos. Todo o resíduo coletado foi reunido em um recipiente metálico e pesado. Em seguida, levado à estufa (110 °C) para secagem por, aproximadamente, 3 horas. Após esse processo, foi pesada em uma balança a massa total da amostra. CARACTERIZAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA Teor de Umidade (U) Para a determinação do teor de umidade, seguiu-se a metodologia descrita na norma ABNT NBR 14929. Em um béquer de 100 mL foi pesado aproximadamente 5 g da amostra da borra de café utilizando uma balança analítica da marca Shimadzu modelo ATX224. Anotou-se a massa inicial da vidraria. Em seguida, a amostra foi direcionada para a estufa a uma temperatura de 105 ºC por 60 minutos. Completado o tempo, o béquer foi retirado e posto para esfriar em um dessecador. O material, após ter atingido a temperatura ambiente, foi pesado e encaminhado para estufa de esterilização e secagem marca Vulcan modelo EES-22D-BI. Esta etapa de secagem foi realizada até que a massa final ficasse constante. O ensaio foi realizado em triplicata. Teor de Materiais Voláteis (MV) A norma ASTM D3175 foi utilizada como referência para quantificar o teor de materiais voláteis. Em um cadinho de porcelana foi pesado aproximadamente 1 g da amostra da borra de café utilizando uma balança analítica. Anotou-se a massa inicial da vidraria. Em seguida, a amostra foi direcionada a uma mufla da marca 7Lab Modelo BioFM 6,7L, a uma temperatura de 600 °C por 10 minutos. Completado o tempo, o cadinho foi retirado e posto para esfriar em um dessecador. O material, após ter atingido a temperatura ambiente, foi pesado. O ensaio foi realizado em triplicata. Teor de Cinzas (C) A partir do método ASTM 3174 foi quantificado o teor de cinzas. Foi pesado em um cadinho aproximadamente 2 g da amostra de borra de café utilizando uma balança analítica. Anotou-se a massa inicial da vidraria. Em seguida, a amostra foi direcionada para a mufla uma temperatura de 950 °C por 3 horas. Completado o tempo, a mufla foi desligada para atingir uma temperatura segura. Atingida a temperatura, o cadinho foi retirado e posto para esfriar em um dessecador. O material, após ter atingido uma temperatura ambiente, foi pesado e encaminhado ao dessecador. A etapa de dessecação e pesagem foi realizada até que a massa final ficasse constante. O ensaio foi realizado em triplicata. Teor de Carbono Fixo (CF) O teor do CF foi encontrado a partir dos resultados para o teor de C e teor de MV, utilizando a equação 1, descrita por Ferreira et al. (2014). %CF=100-(%C+%MV) (1)

Resultado e discussão

PREPARAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA O propósito desses procedimentos é a máxima retirada de água presente na borra de café, já que é de fundamental importância, pois esse fator influência nas propriedades e características de produtos usados como biomassa. Portanto, considerando a adição de água durante a preparação da bebida do café, foi realizado a secagem da amostra o objetivo de retirada da água em excesso, o que também previne o surgimento de mofo durante o armazenamento. ANÁLISE DAS PROPRIEDADES QUÍMICAS Teor de Umidade (U) O procedimento em questão tem por finalidade determinar a quantidade de água na borra de café. Para Amorim et al. (2015) é importante conhecer o teor de umidade ao utilizar massa orgânica para obter energia, pois quanto maior o teor, menor será a capacidade de produzir calor. Uma alta quantidade de água na biomassa pode afetar negativamente as propriedades e a qualidade do produto. Dessa forma, ao realizar o teste de umidade, busca-se determinar o teor, para então, a partir de análises, poder realizar alguma correção. O teor de U da borra resultou em aproximadamente 4,59% ± 0,01%, um valor menor quando comparado com a literatura, Li et al (2014) obtiveram 8,10%, Soares et al. (2015) 9,40% e Silva (2011) 12,10%, em razão da eficiência da secagem em estufa realizada na preparação da amostra, não reproduzida pelos demais trabalhos. A umidade é uma propriedade que varia dependendo do material e depende das condições atmosféricas locais, entre elas a umidade do ar e a pressão (PONTE, 2017). Para Fernandez et al. (2016), por reduzir a quantidade de energia produzida durante a combustão, a umidade impacta de maneira negativa na queima da biomassa vegetal. Além disso, a umidade reduz o poder calorífico da borra, ou seja, quanto menor o valor do teor, melhor será para o resultado. Teor de Materiais Voláteis (MV) Os materiais voláteis apresentam um papel significativo no processo de ignição e nas etapas iniciais da combustão da biomassa, pois se deterioram mais facilmente e ajudam a manter a chama da combustão (BASU, 2013). O material volátil tem influência na decomposição térmica, pois em alto valor reduz a temperatura necessária para a combustão, logo, tem uma alta reatividade. Dessa forma, Hansted et al. (2016) determina que quanto maior o teor de voláteis, maior o potencial para produção de energia, pela facilidade de ignição. Para o presente trabalho, o valor de MV obtido foi de 89,45% ± 3,61%, superior à outros encontrados na bibliografia, Soares et al. (2015) encontraram 84,64% e Boligon (2015) 75,65%, dada a eficiência da secagem realizada na preparação da amostra, não reproduzida nos demais. Teor de Cinzas (C) Efetivamente a borra de café é constituída, majoritariamente, por matéria orgânica, e. Para Soares et al. (2015) e Souza (2014) quanto maior o teor de C, menor o poder calorífico de um dado produto uma vez que, uma maior quantidade de material inerte resulta na produção de menos calor e, é incompatível com a produção de um bom combustível. O teor de C resultante foi de 2,24% ± 0,17%, um valor adequado quando comparado com exemplos da literatura, Li et al.,(2014) obtiveram 1,70%, Cruz et al. (2012) 1,90% e Gomes (2016) 1,83%, ligeiramente maior devido à secagem realizada na preparação, que reduziu a massa total da biomassa com a retirada da água, corroborando com a veracidade do resultado. Ainda assim é importante que o valor seja baixo, pois implica numa maior disponibilidade de matéria para queimar, favorável a um bom poder calorífico. Teor de Carbono Fixo (CF) Cai et al., 2017 afirma que o CF representa a quantidade de carbono sólido residual após a liberação dos compostos voláteis excluindo-se a umidade e a cinza ao final do processo de combustão. O carbono fixo caracteriza o percentual de carbono que ficou retido num dado material após a liberação dos materiais voláteis. Geralmente, biomassas que apresentam elevado teor de CF possuem também alto poder calorífico (BASU, 2013). O CF calculado para esse trabalho foi de 8,20%. Wei et al. (2016) mostrou em seu trabalho 11,03% de CF ao analisar a borra, enquanto Batista Júnior (2017) encontrou o valor médio de 10,18%. Tais valores se diferem do determinado pelo seguinte trabalho, mas não o suficiente para indicar grande discrepância. Hansted et al. (2016) afirma que, quando a finalidade da pesquisa é a produção de energia, a faixa ideal do CF da biomassa é de 15% a 25%. Contudo, o baixo valor de CF da borra é explicado pela alta quantidade de material volátil. Além disso, para Boligon (2015) o menor valor de CF verificado pode ser decorrente do processamento industrial do café precursor da borra, que emprega temperatura e pressão específicas, podendo alterar suas características, principalmente aquelas relacionadas ao teor de sólidos solúveis. De acordo com Souza (2014), um valor menor de CF pode não ser tão adequado para casos específicos em que a longa duração da queima é mais exigida, como em fornos de residências, mas não desconsidera o potencial energético do material nem sua eficiência de modo geral. Na bibliografia, podemos encontrar os teores de Cf resultantes das pesquisas de Bravo et al. (2012), que apresentou uma variação de 0,81% a 0,36%, e Cruz et al. (2012), com uma variação de 0,79% a 0,19%, e ambos os valores corroboram com a autenticidade do resultado obtido na seguinte pesquisa, de 0,72%.

Conclusões

Os experimentos realizados demonstraram resultados satisfatórios, e condizentes com o observado na literatura, conclui-se que há um alto potencial de liberação de calor a ser explorado na borra de café. Com isso, é possível a sua exploração em setores que utilizam do calor para a geração energética e, principalmente, em maquinários que utilizam da queima do carvão. Portanto, é válido afirmar que a borra de café possui uma boa capacidade combustível, em conjunto da grande disponibilidade do resíduo, dada a alta e constante produção. Ademais, reafirmado o potencial tóxico da borra, ressalta-se a importância de seu aproveitamento visando a redução do descarte inapropriado.

Agradecimentos

Ao IFRN – campus Apodi; Grupo de Inovações Tecnológicas e Especialidades Químicas (GRINTEQUI) da UFC; CNPQ.

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