Energia dagli scarichi della macinazione del caffè.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Mauro Icardi

In Sudamerica a partire dal 2010 è stato dato l’avvio al progetto “Energy from coffee Wastewater”.

L’obiettivo e quello di affrontare il cambiamento climatico e proteggere le risorse idriche trattando gli scarichi prodotti dalle piantagioni di caffè, e di affrontare i problemi ambientali e sanitari che le acque reflue di questo settore possono provocare. Il progetto ha coinvolto in una prima fase otto piantagioni di caffè del Nicaragua e dieci dell’Honduras.

Il progetto è poi stato esteso ad altri paesi. L’America latina produce circa il 70% del caffè mondiale ed è il continente dove si trova circa il 30% delle risorse di acqua dolce del pianeta.

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La produzione di caffè però genera una grande quantità di acque reflue che viene scaricata nei fiumi senza alcun tipo di trattamento prima dello scarico, causando problemi alla fauna e alla flora acquatiche e alle comunità situate a valle di questi scarichi. L’acqua di questi fiumi viene utilizzata per lavare il bucato, o per uso potabile, ma le popolazioni di questi paesi lamentavano l’insorgere di dermatiti e infestazione da parassiti.

Oltre a questo problema relativo al rilascio incontrollato di acque reflue si sommavano tonnellate di rifiuti organici ad elevata tossicità, che danneggiavano il suolo e generavano una considerevole emissione di gas serra (principalmente metano).

La tecnologia impiegata prevede l’utilizzo di semplici digestori in materiale plastico dotati di una camera stagna e interrati, che di solito trovano largo impiego nelle comunità rurali di paesi come la Cina per esempio. Lo schema è decisamente molto semplice.

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In questo modo si sono riuscite a trattare praticamente tutte le acque reflue, e nello stesso tempo si è ridotta del 50% la percentuale dell’acqua utilizzata per il lavaggio dei chicchi di caffè da inviare alla successiva tostatura e macinazione.

Il biogas prodotto è stato utilizzato sia nelle abitazioni per uso di riscaldamento e cucina, sia per alimentare gli impianti di macinazione del caffè.

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Donna in Nicaragua che cucina con biogas

Questo progetto che è fondamentalmente molto semplice ha permesso di rendere sostenibile la coltivazione del caffe, e allo stesso tempo di salvaguardare gli ecosistemi di queste zone del centro America che sarebbero stati irrimediabilmente compromessi.

Il progetto sta per essere introdotto in Brasile dove la contaminazione e l’inquinamento idrico di vaste zone del paese è un problema noto da tempo, in Perù e si pensa di estendere l’iniziativa in Africa e in Asia.

Gli scarti di lavorazione del caffè sono da considerarsi con caratteristiche simili a quelli “tipici” dell’industria alimentare. In particolare con concentrazioni di sostanza organica (COD,BOD) da 10 a 100 volte quelli degli scarichi civili. Potrebbero contenere in tracce pesticidi, sostanze organiche di difficile degradabilità e alcaloidi.

Il trattamento anaerobico ha rendimenti elevati ma tende a produrre un BOD residuo con valori superiori a quello aerobico. Vista però la situazione di assoluta deregolamentazione degli scarichi in questi paesi, si tratta in ogni caso di un miglioramento notevole.

La produzione di fanghi è minore rispetto al trattamento aerobico (fino a cinque volte inferiore). A questo va aggiunta la relativa semplicità di installazione e di conduzione e il minor costo energetico (niente impianti di ossigenazione che sono quelli che arrivano ad assorbire circa il 50% o più dell’energia elettrica in un impianto di depurazione tradizionale.)

Impianti di questo tipo possono essere anche mantenuti in fase di ridotto carico o di fermata per lungo tempo senza che il processo ne risulti compromesso. Il successivo riavvio è rapido (alcuni giorni) e questa caratteristica può essere sfruttata non solo per l’industria del caffè, ma per tutte le lavorazioni agricole stagionali.

La produzione di metano e di circa 0,35 N m3/Kg COD rimosso. La convenienza e la possibilità di adottare il trattamento anaerobico è da prendere in considerazione a partire da concentrazioni di COD pari a 1500/3000 mg/lt. Nel caso dei reflui delle piantagioni sudamericane questo valore varia dai 18000 mg/lt fino ai 30000 mg/lt.

Un esempio di recupero di biomasse e acque reflue in paesi dove è possibile il verificarsi di problemi sanitari e di compromissione grave degli ecosistemi che non può che essere incoraggiato.

E anche un modo semplice ed efficace di ridurre gas serra come il metano, e produrre energia a scala locale preservando foreste di alberi nativi che prima venivano tagliati per essere utilizzati nelle stufe a legna ora sostituite da quelle a biogas.

Un impianto pilota situato Diriamba in Nicaragua ha prodotto 200.000 kWh di energia con un risparmio di 40000 dollari. Nel contempo un utilizzo più attento dell’acqua per il lavaggio dei chicchi di caffè ha ridotto il quantitativo di acqua per il lavaggio del caffè a meno di 250 m3/anno.

www.utizcertified.org

‘Na tazzulella ‘e cafè!

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

 a cura di Gianfranco Scorrano, già Presidente della SCI

 Una tazza di caffè! In quanti modi l’abbiamo preparata (e gustata)!

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I più vecchi tra di noi ricorderanno le prime “napoletane” usate fino oltre al secondo dopoguerra per preparare, in casa, qualche tazza di caffè. I due raccoglitori con il manico, uno riempito d’acqua, che veniva poi scaldata e quando pronta, mettendo sotto sopra il contenitore, fatta scorrere attraverso il caffè, in modo da raccogliere nel secondo contenitore il caffè.  caffe2

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Da allora le cose sono ovviamente progredite con la caffettiera tipo Bialetti, dalla quale siamo poi passati a quelle con le cialde e quindi alla Nespresso che è una delle più in voga.

caffe4caffe5Cosa ci aspetta nel futuro? La più grossa sorpresa ci viene da Argotec, l’azienda di giovani ingegneri torinesi che l’ha realizzato insieme a un Noto Marchio Italiano: una macchina per fare il caffè nello spazio! Tra l’altro il primo esperimento sarà fatto dalla spedizione in cui parteciperà l’astronauta italiana Samantha Cristoforetti, la cui missione di lunga durata inizierà il prossimo 23 novembre 2014.

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La macchina per il caffè è una interessante costruzione, come si vede dal prototipo Argotec. Ovviamente, come racconta Claudia Di Giorgio su Sapere, preparare e consumare un caffè, cioè una roba che si fa a pressione e a temperature (75° C) assolutamente proibitissime nello spazio, non è una banalità, ma comporta raffinate competenze in materia di controllo del trasferimento di calore, dinamica dei fluidi e altre faccende ingegneristicamente esoteriche, visto che deve a) resistere alle sollecitazioni del lancio b) lavorare in microgravità e c) fare un caffè eccellente.

Ma passiamo ad un po’ di chimica. Ci aiuta un bell’articolo pubblicato da Marino Petracco, sul Journal of chemical education, 82,1161 (2005), in cui l’autore, che lavorava nella Illycaffè, racconta come nasce e cosa c’è nel caffè. Rimando i curiosi all’articolo per i dettagli.caffe7

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Delle molte piante appartenti alla famiglia delle Rubiacee, le due importanti sono la Caffea arabica e la Caffea canefora (detta anche robusta), L’arabica rappresenta più dei 2/3 della produzione mondiale. Appena raccolte le bacche contengono due chicchi di caffè che vengono destinati ai centri di tostamento.

Il caffè (arabica) appena raccolto contiene circa il 12% di umidità, più del 50% di carboidrati, 16% di lipidi, e 10% di materiale proteico. Nell’arabica vi è l’ 1,2% di caffeina e il 6,5% di acido clorogenico (come si vede dalla figura 2 non c’entra il cloro; il nome deriva dal greco: chloros (=verde pallido) e ghennao (=genero) dal momento che, ossidato, genera appunto un colore verdino).

caffe9Figura 2 Acido clorogenico

La differenza maggiore tra robusta e arabica è il maggiore contenuto di caffeina (2,2%), il minore contenuto di lipidi (10%) e il più alto contenuto di acido clorogenico (10%). La presenza di robusta, meno costosa, in miscela con l’arabica è facilmente determinata analizzando la presenza del diterpene 16-metossi cafestolo, specifico per

la specie canefora

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Figura 3 16-metossicafestolo

Naturalmente il caffè appena colto non è edibile ed è necessario procedere alla tostatura. Una procedura che avviene in condizioni abbastanza drastiche (fino a 25 bar di pressione interna nei chicchi, e fino a temperature esterne di 220°C): in queste condizioni mentre il contenuto di caffeina e di lipidi rimane quasi intatto, la quantità di zuccheri e di aminoacidi invece decresce sostanzialmente (reazione di Maillard). E’ facile apprezzare come la tostatura porti alla formazione di centinaia di sostanze, ancora non tutte identificate.

Per il riconoscimento, le moderne tecniche gas cromatografiche, accoppiate a quelle di spettrometria di massa, facilitano le analisi. Da notare la tecnica GC-olfattometrica che richiede di controllare l’uscita dei prodotti dal cromatografo “sniffando” l’odore del gas di trasporto in corrispondenza dell’uscita del picco.

La tecnica chimica della estrazione con solvente (acqua) di prodotti inglobati in un solido (caffè) porta comunque ad un efficiente risultato: una bella tazza di caffè, un utile momento di riposo gioioso. Talvolta la chimica fa bene.

Per approfondire: http://www.coffeeresearch.org/science/sourmain.htm

A proposito di cialde.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Luigi Campanella, ex presidente SCI

Caffè in cialde, capsule, filtri, altro…..una sempre più ampia fascia di mercato : ogni anno si consumano un miliardo di capsule nella sola Italia, che corrisponde a circa il 10% del consumo mondiale. Il problema è che queste cialde (quelle in plastica con dentro il caffè) e  capsule (quelle in alluminio con dentro il caffè) non sono oggi riciclabili: sono fatte da materiali riciclabili (la plastica e l’alluminio sono perfettamente recuperabili in quanto prodotti di ottima qualità, mentre il residuo interno è ottimo compost), ma vanno nel rifiuto secco in quanto le loro componenti non sono materialmente separabili per inserirle nei rispettivi contenitori**. Se si pensa che per produrre un chilogrammo di capsule servono 4 Kg di acqua, 2 Kg di petrolio e 22Kwh di energia elettrica questo dato è ancora più negativo.

Nel Brevetto n. 1209914 registrato a Roma il 14.03.1984 l’inventore del trovato, Guglielmo Lucentini, spiega chiaramente le ragioni originarie della sua invenzione. Questa concerne un contenitore o capsula forata a struttura rigida precaricata con polvere di caffè atta all’inserimento nelle macchine per il caffè di ogni tipo. E’ nota la difficoltà di caricamento delle caffettiere familiari del tipo Moka con la polvere trasferita con cucchiaini  e simili in quanto la polvere stessa trasborda e il quantitativo ottimale si manifesta di imprecisa determinazione. Scopo dell’invenzione è anche quello di ridurre il tempo di preparazione del caffè consumato sia in casa che al bar, eliminando l’azione manuale di dosaggio della polvere di caffè ed evitando la sua dispersione accidentale.

Le notizie dai media ci informano oggi sulla nascita delle capsule biodegradabili di recente introduzione: non richiedono trattamenti speciali, non contengono metalli pesanti e non vanno smaltite con i rifiuti organici (come altri prodotti di Mater-Bi® sono compostabili, ma non nel compost casalingo). Esse biodegradano completamente in tutte le situazioni di smaltimento:
– discarica
– sotterrate o riversate nei rifiuti
– ambienti agricoli o sotto sorveglianza a causa di erosioni e sono dichiarate conformi a tutti gli standard approvati (ASTM, ISO, FDA, SCF, EFSA), quindi in rispetto dei criteri indicati nella direttiva 94/627CE.
– ASTM D 5209: Metodo Standard di test per determinare la Biodegradazione   Aerobica di Materiali Plastici in presenza di fango proveniente da acque di scolo Comunali
– ASTM D 5338: Metodo Standard di test per determinare la Biodegradazione Aerobica di Materiali Plastici sotto condizioni di compostaggio controllate
– ASTM D 5511: Metodo Standard di test per la determinazione della Biodegradazione Anaerobica di materiali plastici sotto condizioni di digestione anaerobica degli Alto-Solidi
– ISO 14855: Determinazione della biodegradabilità aerobica e della disintegrazione finale di plastiche sotto condizioni di compostaggio controllate
Conformità al contatto alimentare:
– FDA (Food and Drug Administration)
– FSA (Food Security Assessment)
– EFSA (European Food Safety Authority)
Test di tossicità:
– Summer Barley Test
– Cress Test
– Earthworm Acute Toxicity test
– Daphnia, test

** Nota: ne esistono anche in carta di riso con contenitore separabile di alluminio