کشف کاربرد تفاله قهوه؛ افزایش ۳۰ درصدی استحکام بتن

کشف کاربرد تفاله قهوه؛ افزایش ۳۰ درصدی استحکام بتن

به گزارش واحد علم و فناوری خبرگزاری صبح اقتصاد وبگاه سایِنس اَلرت در گزارشی آورده است:

هر سال حدود ۱۰ میلیارد کیلوگرم ضایعات قهوه در جهان تولید می‌شود که بیشتر آن در محل‌های دفن زباله انباشته می‌شود. راجیو رویچند (Rajeev Roychand)، مهندس مؤسسه سلطنتی فناوری ملبورن، می‌گوید: دفع زباله‌های آلی چالشی زیست‌محیطی است، چون مقادیر زیادی گاز گلخانه‌ای از جمله متان و دی‌اکسید کربن منتشر می‌کند که به تغییر اقلیم کمک می‌کند.

از سوی دیگر، بازار ساخت‌وساز جهانی در حال رشد است و تقاضا برای بتن، که به منابع زیادی نیاز دارد، پیوسته افزایش می‌یابد. جی لی (Jie Li)، مهندس مؤسسه سلطنتی فناوری ملبورن، می‌گوید: استخراج مداوم شن طبیعی از بستر و سواحل رودخانه‌ها برای پاسخ به نیاز روزافزون صنعت ساخت‌وساز، تأثیر بزرگی بر محیط‌زیست دارد. با رویکرد اقتصاد چرخشی می‌توانیم زباله‌های آلی را از محل‌های دفن دور نگه داریم و منابع طبیعی مانند شن را بهتر حفظ کنیم.

چرا نمی‌توان قهوه را مستقیماً به بتن اضافه کرد؟

محصولات آلی مانند باقی‌مانده قهوه را نمی‌توان مستقیماً به بتن اضافه کرد، چون مواد شیمیایی آزاد می‌کنند که استحکام مصالح ساختمانی را ضعیف می‌کند؛ بنابراین، گروه پژوهشی با استفاده از انرژی کم، ضایعات قهوه را تا بیش از ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد حرارت داد و هم‌زمان اکسیژن را از آن گرفت؛ این فرایند پیرولیز (pyrolysis) نام دارد. در پیرولیز، گرما بدون حضور اکسیژن، مولکول‌های آلی را تجزیه می‌کند و زغالی متخلخل و غنی از کربن به نام بیوچار (biochar) باقی می‌گذارد.

بیوچار می‌تواند با خمیر سیمان پیوند بخورد و در آن ادغام شود. پژوهشگران همچنین نسخه‌ای از بیوچار را در دمای بالاتر (۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) تولید کردند، اما این ذرات استحکام کمتری داشتند؛ به همین دلیل، دمای حدود ۳۵۰ درجه برای تولید بیوچار قوی‌تر مناسب‌تر تشخیص داده شد.

در سال ۲۰۲۴ میلادی، مؤسسه سلطنتی فناوری ملبورن و شورای منطقه ماسدون رنجز (Macedon Ranges Shire Council) یک آزمایش واقعی را برای نخستین‌بار در جهان انجام دادند: آن‌ها در شهر گیسبورن در ایالت ویکتوریای استرالیا یک پیاده‌رو ساختند و آن را به سه بخش تقسیم کردند: بخشی با بتن حاوی بیوچار قهوه، بخشی با بیوچار حاصل از چیپس چوب و بخشی با بتن استاندارد. هدف، مقایسه عملکرد این سه ماده بود.

اواخر همان سال، طرح بیگ بیلد (Big Build) ایالت ویکتوریا از بتن بیوچار قهوه برای یک پیاده‌رو در طرح ارتقای جاده پاکنام (Pakenham Roads Upgrade) استفاده کرد؛ این نخستین طرح بزرگ زیرساختی بود که از این ماده بهره برد. پیمانکار طرح، شرکت بیلدگروپ (BildGroup)، تخمین زد این کار معادل حدود ۱۴۰ هزار فنجان قهوه را از محل دفن زباله دور کرده و بیش از ۳ تُن شن صرفه‌جویی کرده است.

در اوایل سال ۲۰۲۵ میلادی، پژوهشگران مؤسسه سلطنتی فناوری ملبورن، جایزه حل‌کننده مشکل به انتخاب مردم را در جوایز شکل‌دهی به استرالیا (Shaping Australia Awards) دریافت کرد. این مراسم هر ساله توسط نهاد نمایندگی دانشگاه‌های استرالیا برای معرفی دستاوردهای پژوهشی و آموزشی برگزار می‌شود.

پژوهشگران هشدار می‌دهند که هنوز باید دوام بلندمدت این محصول سیمانی را ارزیابی کنند. آن‌ها در حال آزمایش عملکرد بتن ترکیبی قهوه در چرخه‌های انجماد و ذوب، جذب آب، سایش و بسیاری از تنش‌های دیگر هستند. گروه پژوهشی همچنین در حال ساخت بیوچار از منابع دیگر زباله آلی، از جمله چوب، مواد غذایی و ضایعات کشاورزی است.

شانون کیلمارتین‌لینچ (Shannon Kilmartin-Lynch)، مهندس مؤسسه سلطنتی فناوری ملبورن، می‌گوید: پژوهش ما در مراحل اولیه است، اما این یافته‌های هیجان‌انگیز راهی نوآورانه برای کاهش چشمگیر زباله‌های آلی که به محل دفن می‌روند ارائه می‌دهد.