Fusy z kawy mogą wzmocnić beton

Zdjęcie: Nathan Dumlao

Jeśli twój poranek nie może rozpocząć się bez kawy, nie jesteś sam: na całym świecie wypijamy ponad 2 miliardy filiżanek kawy każdego dnia, co prowadzi do 60 milionów ton mokrych fusów każdego roku.

Tylko niewielka ich część jest ponownie wykorzystywana - głównie jako nawóz do gleby - a zdecydowana większość jest spalana lub trafia na wysypiska śmieci. Tam, podobnie jak inne związki organiczne, fusy z kawy rozkładają się i uwalniają metan, gaz cieplarniany 25 razy silniejszy niż dwutlenek węgla w zatrzymywaniu ciepła.

Teraz naukowcy twierdzą, że fusy z kawy mogą być wykorzystywane jako składnik betonu, a według najnowszych badań mogą nawet uczynić go mocniejszym.

„Wpadliśmy na ten pomysł przy filiżance kawy” - mówi Rajeev Roychand, pracownik naukowy w School of Engineering na Uniwersytecie RMIT w Melbourne w Australii, który kierował badaniem. „Wypaliliśmy zużytą kawę mieloną bez dostępu tlenu i uzyskaliśmy coś, co nazywamy biowęglem. Kiedy dodaliśmy go do betonu jako zamiennik piasku, zapewnił on 30% wzrost wytrzymałości materiału”.

Maleńkie zbiorniki

Beton składa się z czterech podstawowych składników: wody, żwiru, piasku i cementu. Jest to najpowszechniej stosowany materiał budowlany na świecie i zużywa się go 30 miliardów ton rocznie, czyli trzy razy więcej niż 40 lat temu.

Roychand i jego zespół częściowo zastąpili piasek biowęglem - materiałem podobnym do węgla drzewnego - pochodzącym z odpadów kawowych; najlepszy wynik uzyskali, gdy zastąpili 15% piasku i wypalili fusy w temperaturze 350 stopni Celsjusza (662 stopni Fahrenheita). Uzyskany beton był o 30% mocniejszy niż zwykły beton pod względem wytrzymałości na ściskanie - zdolności materiału do wytrzymania obciążenia.

Naukowcy z Uniwersytetu RMIT, dr Rajeev Roychand, dr Mohammad Saberian i dr Shannon Kilmartin-Lynch, z Jordanem Carterem, współzałożycielem Talwali Coffee Roasters. // zdjęcie: Carelle Mulawa-Richards, RMIT University

W zwykłym betonie woda, drugi co do wielkości składnik objętościowy, jest z czasem wchłaniana przez cement, zmniejszając ilość wilgoci, która wciąż znajduje się w betonie, mówi Roychand. Ten efekt suszenia, znany jako wysychanie, powoduje kurczenie się i pękanie w mikroskali, osłabiając beton.

Biowęgiel z odpadów kawowych może ograniczyć ten naturalny proces. Jak mówi Roychand, gdy biowęgiel jest mieszany z betonem, jego cząsteczki działają jak małe zbiorniki wodne, rozprowadzane po całym betonie. Gdy beton zastyga i zaczyna twardnieć, biowęgiel powoli uwalnia wodę, zasadniczo nawadniając otaczający materiał i zmniejszając wpływ skurczu i pękania.

„Przekierowalibyśmy te odpady i przekształcili je w cenny zasób”- mówi Roychand. „Istnieje również niedobór piasku i nawet jeśli zastąpimy jakąś jego część, nadal poprawiamy aspekt zrównoważonego rozwoju i powoli możemy dojść do etapu, w którym znaczną część piasku będzie można zastąpić innymi odpadami”.
 

„Produkt uboczny o wysokiej wartości”

Według Kyprosa Pilakoutasa, profesora innowacji budowlanych na Uniwersytecie w Sheffield w Wielkiej Brytanii, który nie był zaangażowany w prace, badanie jest intrygujące z technologicznego punktu widzenia.

Uważa on jednak, że jest mało prawdopodobne, aby beton produkowany w ten sposób kiedykolwiek znalazł szerokie zastosowanie w aplikacjach na dużą skalę. „Głównym problemem związanym z odpadami jest ich zbiórka i przetwarzanie” - mówi. „Chociaż wspaniale byłoby zbierać wszystkie fusy z kawy z całego kraju, związane z tym koszty byłyby znaczne i zaporowe”.

Dodaje, że piroliza - proces, w którym wytwarzany jest biowęgiel - nie jest bezkosztowa i uważa, że jest mało prawdopodobne, aby wysokie stężenie węgla w betonie zwiększyło jego długoterminową trwałość.

Roychad zwraca uwagę, że zbieranie odpadów jest już głównym nurtem, a wiele firm w Australii koncentruje się na recyklingu odpadów kawowych. Dodaje, że koszt pirolizy jest związany głównie z początkową inwestycją w sprzęt, a biowęgiel jest wytwarzany w znacznie niższej temperaturze niż cement - 350 stopni Celsjusza w porównaniu do około 1450 stopni Celsjusza. „Brakuje nam jednak innych korzyści”, argumentuje, „ponieważ odpady, które trafiają na wysypiska, wymagają poniesienia kosztów ich utylizacji. Teraz można go przekształcić w produkt uboczny o wysokiej wartości”.

Składnikiem betonu, który w największym stopniu przyczynia się do zmian klimatycznych, jest cement - który według think tanku Chatham House był odpowiedzialny za 8% globalnej emisji CO2 w 2021 r. - a Roychand uważa, że zwiększenie wytrzymałości betonu o 30% pozwala zmniejszyć zawartość cementu nawet o 10%, zmniejszając jego wpływ na klimat.

Roychand twierdzi, że odkrycie to przyciągnęło już zainteresowanie zarówno firm budowlanych, jak i organizacji zajmujących się recyklingiem fusów z kawy, a jego zespół współpracuje obecnie z lokalnymi radami w Australii, aby rozpocząć demonstracje w terenie.

„Jedną z rzeczy, które będziemy robić, jest monitorowanie betonu w czasie, od sześciu miesięcy do jednego roku” - mówi. „Pozwoli to upewnić się, że biowęgiel zachowuje swoje właściwości przez długi czas”.