Evaluación del desempeño de una celda de combustible microbiana con electrodo de grafito modificado para el tratamiento de agua residual del procesamiento del café

Evaluation of the performance of a microbial fuel cell with modified graphite electrode for the treatment of wastewater from coffee processing

La actividad cafetalera en Costa Rica procesa aproximadamente 69.000 toneladas de café mediante la técnica de beneficiado húmedo. Esta actividad conlleva un alto impacto ambiental debido a la generación de 8 L de agua residual/kg de café oro producido. El presente trabajo tiene como objetivo utilizar el agua residual del procesamiento de café como sustrato en celdas combustibles microbianas (CCM), con el propósito de generar energía eléctrica a través de su uso y, a la vez, disminuir la carga orgánica del residuo. La CCM empleó un cátodo modificado con ftalocianinas de hierro (FePc), generó una eficiencia coulómbica de 0,7% y una densidad de potencia de 89 μW/cm2 en un ciclo de operación de cinco días. Además, se determinó que la CCM disminuye la demanda química de oxígeno (DQO) del residuo hasta en 27% bajo las condiciones de operación nativas del sustrato, a temperatura ambiente, sin mediadores químicos para la reacción anódica y con el uso de electrodos de platino para el cátodo. El estudio confirma la oportunidad de emplear el sustrato con una flora microbiana nativa apta para la operación de la tecnología de la CCM, y así perfilar el dispositivo como una opción novedosa para el tratamiento de este residuo en Costa Rica.

INTRODUCCIÓN

En Costa Rica, la producción de café es la actividad agroindustrial de mayor tradición. Según Estadísticas de Comercio Exterior Costa Rica (2017), esta cuenta con un valor aproximado de US$ 228 millones correspondientes a 1.451.100 fanegas (saco de 46 kg) exportadas [1]. El proceso de producción es altamente contaminante, ya que solo el 6% del peso total del granose emplea para preparar la bebida y el resto son desechos sólidos como cascarilla, pulpa, mucílago y pergamino; y líquidos conocidos en la industria cafetalera como aguamiel [2, 3]. El agua residual del procesamiento del café está compuesta mayoritariamente por agua, fibra y pectinas; por cada kilogramo de café en grano se generan 8 L de agua residual, con una demanda química de oxígeno en un rango de 1.000-100.000 mg/L y un pH entre tres y cinco, lo que clasifica este residuo como altamente contaminante para su vertido en cuerpos superficiales o alcantarillado sanitario.

El tratamiento usual del agua residual generada consiste en la disminución de la carga orgánica a través de lagunas anaerobias u otros tipos de reactores y filtros, lo que implica un consumo energético y económico importante para las procesadoras de la fruta [4-6]. Existe la necesidad de darle un mejor tratamiento a este residuo, así como de investigar nuevos modelos de energía sostenible que resulten en un impacto positivo sobre el medioambiente.