Narong Khueankaew/Shutterstock
Över hela världen genomsyrar kaffekulturen det dagliga livet och gynnar produktiviteten samtidigt som det genererar betydande miljöavtryck. Varje år kastar mänskligheten över 7 miljoner ton förbrukat kaffesump – en mängd som överväldigar även de mest biologiskt nedbrytbara avfallsströmmarna. Ett forskarlag vid RMIT University i Melbourne har förvandlat denna utmaning till en möjlighet och avslöjat att dessa grunder under specifika förhållanden faktiskt kan förstärka betong.
Deras resultat, publicerade i Journal of Cleaner Production (2023), avslöjar att omvandling av kaffesump till biokol – ett kolliknande material framställt genom pyrolys – och inkorporering av det i stället för en del av sanden i standardbetongblandningar ger en komposit som överträffar konventionell betong i hållbarhet.
Utöver en nyhet tar upptäckten upp två angelägna miljöproblem:den leder bort organiskt avfall från deponier, minskar metanutsläppen och det minskar beroendet av naturlig sand - en resurs vars utvinning från flodbäddar och kustområden håller på att utarmas snabbt. Denna dubbla fördel kan bana väg för grönare byggmetoder och mer hållbara bostäder.
Betong är ett av världens mest förekommande byggmaterial, men dess tillverkning står för ungefär 8 % av de globala CO₂-utsläppen, enligt en studie från Princeton University. Samtidigt sönderfaller organiskt avfall som kaffesump och producerar metan, en potent växthusgas. Genom att omvandla dessa grunder till ett förstärkningsmaterial kan byggsektorn samtidigt sänka sitt koldioxidavtryck och bromsa metanutsläpp.
Emanuele Cremaschi/Getty Images
RMIT-teamet undvek att helt enkelt lägga rå kaffesump till betong - en metod som skulle ge liten strukturell nytta - genom att först utsätta avfallet för pyrolys. Denna process värmer marken i en syrefri miljö och omvandlar den till biokol som har en porös struktur med hög yta som liknar träkol.
Två pyrolystemperaturer testades:662°F (≈356°C) och 932°F (≈500°C). Anmärkningsvärt nog producerade biokol producerat vid 662°F, när det användes för att ersätta 15 % av sanden i en konventionell blandning, betong som var 29,3 % starkare än kontrollen. Biokol från den högre temperaturen (932°F) var mindre effektivt, vilket understryker vikten av exakt temperaturkontroll för optimal prestanda.
Den ökade styrkan tillskrivs mikrostrukturen hos kaffets biokol. Dess höga yta och porositet förbättrar bindningen med cementpastan, vilket förbättrar gränsytans vidhäftning och övergripande matriskohesion.
Även om långtidshållbarhet under extrema förhållanden – som temperaturcykler och nötning – återstår att utvärderas fullt ut, är de preliminära resultaten uppmuntrande. Professor Jie Li, ledande forskare, konstaterar:"Det fortsatta uttaget av naturlig sand från flodbäddar och kustlinjer medför allvarliga miljöpåfrestningar. Att utveckla hållbara alternativ som kaffebaserad biokol är avgörande för att upprätthålla en livskraftig tillgång på byggmaterial."
