Всеки ден по целия свят се приготвят милиарди чаши кафе, като след това остават планини от мокри, изхабени кафени утайки. По-голямата част от тях се изхвърлят на сметища или в инсинератори, което води до разхищаване на ресурси и изпускане на парникови газове в атмосферата. Сега изследователите са открили начин да превърнат тези мокри кафени утайки във висококачествено гориво за по-малко от две минути, без да е необходимо сушене.

Последната част е по-важна, отколкото може да изглежда. Една от най-големите пречки при превръщането на остатъци от растителна маса в използваемо гориво винаги е била водата. Влажните материали не горят ефективно, а предварителното отстраняване на влагата изисква огромно количество енергия, което често елиминира всякаква екологична или икономическа полза. Оказва се, че прегрята струя газ може напълно да заобиколи този проблем, превръщайки напълно мокрите кафени отпадъци в биовъглища – материал, подобен на дървени въглища, произведен от органична материя – за времето, необходимо за загряване на купа супа в микровълнова печка.

Техниката, описана в сп. Chemical Engineering Journal, използва т.нар. пламъчна плазма, генерирана чрез изгаряне на втечнен нефтен газ, смесен със сгъстен въздух. Изненадваща е не само скоростта, но също и това, че влагата, която всички приемат за проблем, всъщност се оказва част от това, което прави процеса толкова ефективен.

Когато плазмата от пламъка с температура около 800–900 градуса Целзий се сблъска с влажните кафени утайки, тя почти мигновено изпарява водата, затворена в материала. Този внезапен изблик на пара създава огромно вътрешно налягане, което кара всяка частица да „експлодира“ отвътре навън на микроскопично ниво. Изследователите наричат това „ефект на пуканките“. Точно като зърно царевица, което се пука под въздействието на топлината, кафените утайки се разкъсват и разширяват, създавайки структура, подобна на гъба, пронизана от миниатюрни пори и канали.

Тази пореста структура е изключително ценна. По-голямата повърхност означава, че полученият биовъглен е с по-добра структура за изгаряне. На 90-ата секунда, която екипът определи като оптималния момент, повърхността на обработения материал достигна максимална стойност от 115.4 квадратни метра на грам в сравнение с почти нула преди обработката. Структурата може също така да направи биовъглена подходящ за тестване като филтриращ или адсорбиращ материал в други промишлени приложения.

Времето е от голямо значение. Удължаването на обработката до 110 секунди всъщност влоши качеството на горивото, като намали енергийната производителност и увеличи количеството на оставащата пепел. Допълнителната топлина изгаряше именно въглерода, който придава на биовъглищата толкова висока енергийна плътност, и това доведе до разрушаване на порестата структура. Идеалният баланс беше постигнат при 90 секунди.

За експеримента изследователите използваха 30 грама кафена утайка, събрана директно от кафенето на Корейския институт по геонауки и минерални ресурси – влажна и необработена, точно такава, каквато е излязла от кафе машината. Всички ключови измервания бяха повторени три пъти, за да се потвърди, че резултатите са надеждни.

Започвайки с кафени утайки, които съдържаха приблизително 55% вода по тегло – на практика с консистенцията на мокра кал, – процесът с пламъчна плазма постигна намаление на масата с 83.3%. Остана плътен, богат на въглерод биовъглен с енергийна стойност от 29.0 мегаджаула на килограм. Антрацитните въглища, една от най-висококачествените форми на въглища, попада в диапазона от 25.1 до 29.3 мегаджаула на килограм според данните, цитирани в статията. Биовъглищата от кафени утайки съответстваха на този диапазон на топлината на изгаряне, въпреки че в статията се отбелязва, че другите свойства на горивото, включително съдържанието на фиксиран въглерод и пепел, се различават от тези на антрацита.

Процесът също така значително намали съдържанието на сяра. Суровите кафени утайки съдържаха малко количество сяра, а след 90 секунди то беше значително намалено. Авторите посочват, че след по-продължителна обработка съдържанието на сяра е достигнало 0.0%. Това подсказва, че горивото би могло да причинява по-малко замърсяване със сяра при изгаряне, макар че емисиите от горенето все пак трябва да бъдат измерени директно.

Според статията всяка година в световен мащаб се генерират над 10 милиона тона отработени кафени утайки. Превръщането дори на малка част от тях в биовъглища с висока калоричност, без енергийните загуби, свързани със сушенето, би могло да промени начина, по който светът се справя с една от най-разпространените форми на хранителни отпадъци, ако процесът бъде мащабиран.

Потокът от отпадъци, дълго време отхвърлян като прекалено влажен и неудобен, всъщност може да се окаже висококачествено гориво, скрито на пръв поглед. Водата, която затруднява обработката на кафените утайки, при подходящи условия се оказва точно това, което задвижва превръщането.

Снимка: Pexels/Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources (KIGAM)

Виж още: Опасни батерии от е-коли намират нов живот в е-колелета, създавайки порочен кръг, който Китай се опитва да разбие