Ученые нашли новое применение остаткам кофейной гущи

Фото из открытых источников

Южнокорейские ученые нашли новое оригинальное применение вашей старой кофейной гуще: в качестве теплоизоляции. Результаты исследования были опубликованы в журнале Biochar.

Команда из Национального университета Чонбука (JBNU) переработала кофейные отходы в материал, который оказался столь же эффективным в качестве теплоизоляции, как и материалы, используемые в настоящее время в зданиях.

Преимущество заключается в том, что новый материал изготавливается из возобновляемых источников, а не из ископаемого топлива, и при утилизации он является биоразлагаемым.

«Кофейные отходы образуются в огромных масштабах по всему миру, но большая их часть в конечном итоге оказывается на свалках или сжигается», — говорит Сон Юн Ким, инженер-материаловед из JBNU. «Наша работа показывает, что этот обильный поток отходов можно переработать в высококачественный материал, который по своим характеристикам не уступает коммерческим изоляционным материалам, но при этом является гораздо более экологичным».

В общей сложности, каждый день в мире выпивается около 2,25 миллиарда чашек кофе, а это значит, что образуется огромное количество кофейной гущи. Большая часть этих отходов сжигается или закапывается, что так же вредно для окружающей среды, как и слив её в канализацию.

Вместо этого ученые все чаще находят более полезные способы использования старой кофейной гущи. Недавние исследования показали возможность добавления этого вещества в бетон и другие дорожные материалы, его использования для удаления гербицидов из окружающей среды и даже для извлечения из него новых лекарственных соединений.

В новом исследовании команда из JBNU изучила, насколько хорошо кофейная гуща может функционировать в качестве теплоизоляционного материала.

Сначала отработанную кофейную гущу сушили в печи при температуре 80 градусов Цельсия в течение недели. Затем ее обжигали при гораздо более высоких температурах, чтобы получить богатый углеродом материал, известный как биоуголь.

Затем этот биоуголь обрабатывали экологически чистыми растворителями – водой, этанолом и пропиленгликолем – и смешивали с природным полимером, называемым этилцеллюлозой. Наконец, порошкообразную смесь прессовали и нагревали, получая композитный материал.

Полимер стабилизирует биоуголь, а растворители добавляются для предотвращения закупорки пор материала полимером. Эти поры являются важным свойством: они задерживают воздух, который является очень эффективным теплоизолятором.

Теплопроводность материала выражается в ваттах на метр на Кельвин – по сути, это количество тепловой энергии (ватт), которое пройдет через материал определенной толщины (в метрах) при заданной разности температур (в Кельвинах) между двумя сторонами.

Материалы с теплопроводностью ниже 0,07 ватт на метр на Кельвин обычно считаются изоляторами. Наиболее эффективная версия композита на основе кофе, разработанного командой JBNU, обладала теплопроводностью всего 0,04 ватт на метр на Кельвин.

В ходе лабораторных испытаний исследователи поместили под солнечную батарею различные изоляционные материалы, в том числе и свой собственный, на основе кофе, и измерили температуру воздуха в небольшой камере под батареей.

Эта миниатюрная настольная модель имитировала принцип работы теплоизоляции, которая блокирует избыточное тепло, излучаемое солнечными панелями, предотвращая его проникновение в крыши и нагрев домов.

Версия с новым материалом оставалась стабильно более прохладной, чем версия без него.

Характеристики нового материала оказались на одном уровне с характеристиками вспененного полистирола, одного из лучших коммерческих изоляционных материалов, доступных в настоящее время.

Однако разница заключается в том, что полистирол — это синтетический полимер, получаемый из ископаемого топлива, поэтому его производство и последующая утилизация гораздо более вредны для окружающей среды.

В ходе испытаний на биоразлагаемость материал на основе кофе потерял более 10 процентов своего веса всего за три недели. Полистирол, напротив, практически не изменился за тот же период времени.

Исследователи предполагают, что этот тип материала лучше всего использовать для теплоизоляции зданий, сохраняя прохладу внутри помещений даже при интенсивной работе солнечных батарей на крышах.

«Такой подход не только улучшает характеристики материалов, но и способствует развитию экономики замкнутого цикла», — говорит Ким. «Превращая отходы в функциональный продукт, мы можем снизить нагрузку на окружающую среду и одновременно создать новые возможности для использования экологически чистых материалов».