Кофе в стенах? Технология превращает кофейную гущу в теплоизоляцию

Во всем мире ежедневно потребляется более двух миллиардов чашек кофе. Это означает, что каждый день выбрасывается колоссальное количество кофейной гущи. У исследователей появился план по превращению всех этих отходов в экологически чистый изоляционный материал.

Хотя некоторые люди сохраняют кофейную гущу для использования в саду или компостной куче, подавляющее большинство гущи в конечном итоге оказывается на свалках. Трудно точно определить, сколько кофейной гущи выбрасывается ежегодно, но оценки варьируются от 8 до 60 миллионов тонн. Кофейная гуща на свалках особенно проблематична, поскольку она может приводить к выделению метана и углекислого газа, а также способствовать самовозгоранию.

В связи с постоянным производством большого количества бесплатного сырья в результате потребления кофе во всем мире, исследователи, естественно, искали способы превратить кофейную гущу в нечто полезное. Хотя наиболее распространенным подходом является переработка гущи в биотопливо , мы также видели, как ее используют в качестве экологически чистого дорожного материала ; для повышения прочности бетона на 30% ; и в качестве материала для 3D-печати . ​​Были даже исследования, предполагающие, что кофейные отходы можно переработать в углеродные квантовые точки, которые могли бы защитить наш мозг от микробиологических механизмов, лежащих в основе нейродегенеративных заболеваний.

Теперь исследователи из Шэньянского сельскохозяйственного университета (SAU) в Китае нашли способ превратить отработанную кофейную гущу в изоляционный материал, который может заменить распространенные продукты на нефтяной основе, такие как пенополистирол или пенополиуретан, более экологичным решением.

Ранее предпринимались попытки использовать кофейную гущу в качестве теплоизолятора, но все они сталкивались с одной и той же проблемой: пористость кофейной гущи составляет всего около 40%. Это означает, что она не очень хорошо удерживает воздух, а именно воздух делает вещество хорошим теплоизолятором.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи из SAU сначала превратили кофейную гущу в биоуголь — вещество, похожее на древесный уголь, изготовленное из органических материалов. Для этого они сушили гущу в печи при температуре 80 °C (176 °F) в течение недели, а затем нагревали ее до 700 °C (1292 °F) в течение часа. Это превратило гущу в биоуголь и одновременно увеличило пористость с 40% до 71%.

Далее, чтобы сохранить пористость и сформировать из частиц биоугля пригодный для использования композитный материал, команда разработала стратегию, которую они называют «восстановлением пор». Биоуголь предварительно смешивали с пропиленгликолем для заполнения пор, а затем в смесь добавляли порошок этилцеллюлозы для создания матрицы, придающей биоуглю структуру. Смесь прессовали в нагретой форме при 150 °C (302 °F) в течение 10 минут. Затем ее помещали в вакуумную печь при 80 °C (176 °F) на час, чтобы удалить пропиленгликоль, но сохранить заполненные им изначально поры.

Полученный материал продемонстрировал впечатляющие теплоизоляционные свойства. Теплопроводность этилцеллюлозы сама по себе составляет 0,24 на метр на Кельвин. Однако при смешивании с биоуглем в этом эксперименте она снизилась до 0,04, что означает, что биоуголь улучшил теплоизоляционные свойства в шесть раз, сделав их сопоставимыми с коммерческим вспененным полистиролом. Исследователи проверили его эффективность на солнечных панелях, где он эффективно ограничил передачу тепла от панелей к окружающей среде.

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

Источник: https://newatlas.com/materials/coffee-grounds-insulation/