RW Space

Ученые из Южной Кореи нашли новое умное применение старой кофейной гуще: изоляция.

Команда из Национального университета Чонбук (JBNU) превратила кофейные отходы в материал, который столь же эффективен в качестве изоляционного материала, как и материалы, используемые в настоящее время в зданиях.

Преимущество состоит в том, что новый материал производится из возобновляемых источников, а не из ископаемого топлива, и, когда приходит время его утилизировать, он поддается биологическому разложению.

«Отходы кофе производятся в огромных масштабах по всему миру, однако большая их часть попадает на свалки или сжигается», — говорит Сон Юн Ким, инженер по материалам JBNU.

«Наша работа показывает, что этот обильный поток отходов можно переработать в ценный материал, который по своим характеристикам не уступает коммерческим изоляционным продуктам, но при этом является гораздо более экологичным».

В совокупности каждый день в мире выпивается около 2,25 миллиарда чашек кофе, а это означает огромное количество выброшенной кофейной гущи. Большую часть этих отходов сжигают или закапывают, что так же вредно для окружающей среды, как и сброс их в канализацию.

Вместо этого ученые все чаще находят более полезные вещи, которые можно сделать из старой кофейной гущи. Недавние исследования изучали добавление этого вещества в бетон и другие материалы для дорожного покрытия, использование его для удаления гербицидов из окружающей среды и даже извлечение из него новых лекарственных соединений.

В новом исследовании команда JBNU исследовала, насколько хорошо кофейная гуща может выступать в качестве теплоизоляционного материала.

Сначала отработанную кофейную гущу сушили в духовке при температуре 80 градусов по Цельсию (176 градусов по Фаренгейту) в течение недели. Затем их готовили при гораздо более высоких температурах, чтобы получить богатый углеродом материал, известный как биоуголь.

Далее этот биоуголь обрабатывали экологически чистыми растворителями – водой, этанолом и пропиленгликолем – а затем смешивали с природным полимером под названием этилцеллюлоза. Наконец, порошкообразная смесь сжимается и нагревается до композиционного материала.

Полимер стабилизирует биоуголь, а растворители добавляются, чтобы предотвратить закупорку полимером пор материала. Эти поры являются важным свойством: они задерживают воздух, который является очень эффективным изолятором тепла.

Теплопроводность материала выражается в ваттах на метр на Кельвин – по сути, сколько тепловой энергии (ватты) пройдет через материал определенной толщины (метры) с учетом разницы температур (Кельвин) между двумя сторонами.

Материалы с проводимостью ниже 0,07 Вт на метр на Кельвин обычно считаются изоляторами. Самая эффективная версия композита на основе кофе, разработанная командой JBNU, имела теплопроводность всего 0,04 Вт на метр на Кельвин.

В ходе лабораторных испытаний исследователи поместили ряд изоляционных материалов, в том числе на основе кофе, под солнечный элемент и измерили температуру воздуха в небольшой камере под элементом.

Эта крошечная настольная модель воспроизвела, как изоляция блокирует избыточное тепло, излучаемое солнечными панелями, предотвращая его проникая через крыши и обогревая дома.

Версия с новым материалом всегда оставалась прохладнее, чем версия без него.

По своим характеристикам новый материал был на одном уровне с пенополистиролом, одним из лучших коммерческих изоляционных материалов, доступных в настоящее время.

Однако разница в том, что полистирол представляет собой синтетический полимер, полученный из ископаемого топлива, поэтому его производство и последующая утилизация гораздо более вредны для окружающей среды.

В ходе испытаний на биоразлагаемость материал на основе кофе потерял более 10 процентов своего веса всего за три недели. Полистирол, с другой стороны, практически не изменился за то же время.

По теме: Ученые обнаружили удивительное практическое применение отходов арахисовой скорлупы

Исследователи предполагают, что этот вид материала лучше всего использовать для изоляции зданий, сохраняя прохладу внутри, даже когда солнечные батареи усердно работают на крышах.

«Такой подход не только улучшает характеристики материала, но и способствует экономике замкнутого цикла», — говорит он. Ким.

«Превращая отходы в функциональный продукт, мы можем снизить нагрузку на окружающую среду, одновременно создавая новые возможности для экологически чистых материалов».

Исследование было опубликовано в журнале Biochar.