Έρευνα: Τα απόβλητα κατακάθια καφέ μπορούν να κάνουν το σκυρόδεμα 30% ισχυρότερο
Έρευνα διαπίστωσε ότι το σκυρόδεμα μπορεί να γίνει 30% πιο ανθεκτικό αντικαθιστώντας ένα ποσοστό άμμου με χρησιμοποιημένο κατακάθι καφέ, ένα οργανικό απόβλητο που παράγεται σε μεγάλες ποσότητες και συχνά καταλήγει σε χωματερές. Η μέθοδος μειώνει επίσης τη χρήση φυσικών πόρων, όπως η άμμος, και προωθεί μια πιο πράσινη κυκλική οικονομία στις κατασκευές.
Υπολογίζεται ότι, παγκοσμίως, η συνολική ποσότητα χρησιμοποιημένου κατακάθιου καφέ (Spent Coffee Grounds – SCG) που παράγεται ετησίως φτάνει τους 60 εκατομμύρια τόνους, καθιστώντας το μεγαλύτερο οργανικό απόβλητο που παράγεται κατά την παρασκευή καφέ. Τα περισσότερα από αυτά καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής.
«Η έμπνευσή μας ήταν να βρούμε έναν καινοτόμο τρόπο να χρησιμοποιήσουμε τις μεγάλες ποσότητες αποβλήτων καφέ σε κατασκευαστικά έργα, αντί να καταλήγουν σε χωματερές. Να δώσουμε στον καφέ μια “διπλή ευκαιρία” στη ζωή», δήλωσε ο Rajeev Roychand, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Λόγω του λεπτού μεγέθους των σωματιδίων τους, τα SCG έχουν προταθεί ως χρήσιμο συστατικό σε αστικές και κατασκευαστικές εφαρμογές. Έτσι, οι ερευνητές αποφάσισαν να τα δοκιμάσουν. Αρχικά, συνέλεξαν SCG από διάφορες καφετέριες γύρω από τη Μελβούρνη της Αυστραλίας και τα στέγνωσαν για να αφαιρέσουν την υγρασία. Στη συνέχεια, το αποξηραμένο οργανικό υλικό θερμάνθηκε σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες – είτε 350 °C (662 °F) είτε 500 °C (932 °F) – μέσω μιας διαδικασίας χαμηλής ενέργειας, χωρίς οξυγόνο, που ονομάζεται πυρόλυση, για τη δημιουργία βιοάνθρακα.
Δώδεκα διαφορετικά μίγματα χρησιμοποιήθηκαν για να συγκριθούν οι επιδράσεις του SCG στη μηχανική και μικροδομική συμπεριφορά του σκυροδέματος. Τα διάφορα SCG – μη επεξεργασμένο, πυρολυμένο στους 350 °C και πυρολυμένο στους 500 °C – ενσωματώθηκαν σε τσιμέντο Πόρτλαντ σε ποσοστό 0%, 5%, 10%, 15% και 20%, αντικαθιστώντας μέρος των λεπτών αδρανών, δηλαδή της φυσικής άμμου.
Το νωπό σκυρόδεμα χύνεται σε καλούπια και δονείται για να απομακρυνθούν οι αέρας. Στη συνέχεια, σκληραίνει σε θερμοκρασία δωματίου για 24 ώρες, αποδιαμορφώνεται και σκληραίνει σε δεξαμενή νερού μέχρι να δοκιμαστεί για αντοχή σε θλίψη και να αναλυθεί με ακτίνες Χ (XRD) και ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM).
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, από όλα τα σύνθετα σκυροδέματα που δοκίμασαν, εκείνο που αντικατέστησε το 15% της άμμου με πυρολυμένο SCG στους 350 °C (662 °F) παρουσίασε σημαντική βελτίωση των ιδιοτήτων του, με αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 29,3%.
«Η βιομηχανία σκυροδέματος μπορεί να συμβάλει σημαντικά στην ανακύκλωση οργανικών αποβλήτων, όπως ο χρησιμοποιημένος καφές», δήλωσε η συν-επικεφαλής συγγραφέας Shannon Kilmartin-Lynch. «Τα ευρήματά μας είναι ακόμα σε αρχικό στάδιο, αλλά προσφέρουν έναν καινοτόμο τρόπο να μειωθεί η ποσότητα οργανικών αποβλήτων που καταλήγουν σε χωματερές».
Εκτός από την εξοικονόμηση χώρου στις χωματερές, αυτή η τεχνική παραγωγής σκυροδέματος αντιμετωπίζει και ένα άλλο περιβαλλοντικό ζήτημα: τη διατήρηση των φυσικών πόρων, καθώς κάθε χρόνο χρησιμοποιούνται περίπου 40 έως 50 δισεκατομμύρια τόνοι άμμου και χαλικιού για κατασκευαστικούς σκοπούς.
Το πλήρες κείμενο της έρευνας έχει τίτλο «Transforming spent coffee grounds into a valuable resource for the enhancement of concrete strength» και συγγραφείς τους Rajeev Roychand, Shannon Kilmartin-Lynch και άλλους. Δημοσιεύθηκε στο Journal of Cleaner Production, Τόμος 419, 2023. Μπορείτε να το διαβάσετε εδώ: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138205. Το πλήρες κείμενο είναι διαθέσιμο εδώ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623023636.