کشف کاربرد تفاله قهوه؛ افزایش ۳۰ درصدی استحکام بتن

به گزارش اینتیتر به نقل از فرارو، دانشمندان کاربرد عملی شگفت‌انگیزی برای تفاله‌های قهوه باقی‌مانده در سراسر جهان کشف کردند. دانشمندان استرالیایی دریافته‌اند که پودر قهوه‌ی سوخته می‌تواند بتن را تا ۳۰ درصد قوی‌تر کند. 

به نقل از ساینس الرت، دستورالعمل هوشمندانه‌ی آن‌ها می‌تواند چندین مشکل را به طور همزمان حل کند. هر ساله، جهان حدود ۱۰ میلیارد کیلوگرم (۲۲ میلیارد پوند) زباله‌ی قهوه تولید می‌کند که بیشتر آن در محل‌های دفن زباله دفن می‌شود. 

راجیو رویچاند، مهندس دانشگاه RMIT، هنگام انتشار اولین تحقیق در سال ۲۰۲۳ توضیح داد: «دفع زباله‌های آلی یک چالش زیست‌محیطی است زیرا مقادیر زیادی گازهای گلخانه‌ای، از جمله متان و دی‌اکسید کربن، را منتشر می‌کند که به تغییرات اقلیمی کمک می‌کنند.» 

با رونق بازار ساخت و ساز در سطح جهان، تقاضای روزافزونی برای بتن با منابع فشرده وجود دارد که باعث ایجاد مجموعه‌ای دیگر از چالش‌های زیست‌محیطی می‌شود. 

جی لی، مهندس دانشگاه RMIT، گفت: «استخراج مداوم شن و ماسه طبیعی در سراسر جهان - که معمولاً از بستر و کناره‌های رودخانه‌ها گرفته می‌شود - برای تأمین نیازهای رو به رشد صنعت ساخت و ساز، تأثیر زیادی بر محیط زیست دارد.» 

«به دلیل ماهیت محدود منابع و تأثیرات زیست‌محیطی استخراج شن و ماسه، چالش‌های حیاتی و طولانی‌مدتی در حفظ عرضه پایدار شن و ماسه وجود دارد. با رویکرد اقتصاد چرخشی، می‌توانیم زباله‌های آلی را از محل دفن زباله دور نگه داریم و همچنین منابع طبیعی خود مانند شن و ماسه را بهتر حفظ کنیم.» 

محصولات آلی مانند تفاله قهوه را نمی‌توان مستقیماً به بتن اضافه کرد زیرا مواد شیمیایی از آن‌ها نشت می‌کند که استحکام مصالح ساختمانی را تضعیف می‌کند. 

بنابراین، تیم با استفاده از سطوح انرژی پایین، ضایعات قهوه را تا دمای بیش از ۳۵۰ درجه سانتیگراد (حدود ۶۶۰ درجه فارنهایت) گرم کردند و در عین حال آن را از اکسیژن محروم کردند. 

این فرآیند پیرولیز نامیده می‌شود. این فرآیند مولکول‌های آلی را تجزیه می‌کند و منجر به زغال متخلخل و غنی از کربن به نام بیوچار می‌شود که می‌تواند با سیمان پیوند برقرار کند و در نتیجه خود را در ماتریس سیمان بگنجاند. 

رویچند و همکارانش همچنین سعی کردند تفاله‌های قهوه را در دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد پیرولیز کنند، اما ذرات بیوچار حاصل به اندازه کافی قوی نبودند. 

محققان هشدار دادند که هنوز باید دوام طولانی‌مدت محصول سیمان خود را ارزیابی کنند. آن‌ها اکنون در حال آزمایش چگونگی عملکرد سیمان-قهوه هیبریدی در چرخه‌های انجماد/ذوب، جذب آب، سایش و بسیاری از عوامل استرس‌زای دیگر هستند. این تیم همچنین در حال کار بر روی ایجاد بیوچار از سایر منابع زباله‌های آلی، از جمله چوب، غذا و کشاورزی است. 

شانون کیلمارتین-لینچ، مهندس RMIT، گفت: «تحقیقات ما در مراحل اولیه است، اما این یافته‌های هیجان‌انگیز راهی نوآورانه برای کاهش چشمگیر میزان زباله‌های آلی که به محل دفن زباله می‌روند، ارائه می‌دهد.» 

«الهام‌بخش تحقیقات من، از دیدگاه بومی، شامل مراقبت از کشور، اطمینان از وجود چرخه عمر پایدار برای همه مواد و جلوگیری از ورود مواد به محل دفن زباله برای به حداقل رساندن تأثیر بر محیط زیست است.» 

در سال ۲۰۲۴، دانشگاه RMIT و شورای شهر Macedon Ranges یک آزمایش واقعی جهانی را انجام دادند: یک مسیر پیاده‌روی در گیسبورن، ویکتوریا، که با بتن بیوچار قهوه در کنار یک بخش بیوچار از تراشه چوب و یک بخش کنترل از بتن استاندارد ساخته شده بود. 

بعداً در همان سال، ساختمان بزرگ ویکتوریا از بتن بیوچار قهوه برای یک مسیر پیاده‌روی در ارتقاء جاده‌های پاکنهام استفاده کرد اولین پروژه زیرساختی بزرگ که از آن استفاده کرد و پیمانکار BildGroup تخمین زد که این کار تقریباً ۱۴۰.۰۰۰ دانه قهوه را از محل دفن زباله دور کرده و بیش از ۳ تن (۳.۳ تن آمریکایی) شن و ماسه را ذخیره کرده است. 

در اوایل سال ۲۰۲۵، تیم RMIT جایزه حل مسئله انتخاب مردم را در جوایز Shaping Australia دانشگاه‌های استرالیا دریافت کرد و گفت که آن‌ها با یک شریک تجاری برای ایجاد یک طرح توجیهی تجاری برای عرضه این ماده به بازار همکاری می‌کنند. 

تحقیقات آن‌ها در مجله تولید پاک‌تر منتشر شده است.