کاربردهای حیرت‌انگیز قهوه؛ از آسفالت خیابان تا درمان بیماری‌ها

به تازگی، تیمی از پژوهشگران در دانشگاه کشاورزی شنیانگ چین (SAU) موفق به ابداع روشی شده‌اند که تفاله قهوه را به یک عایق حرارتی فوق‌العاده تبدیل می‌کند. این نوآوری می‌تواند جایگزینی عالی و دوستدار محیط زیست برای عایق‌های رایج پتروشیمی مانند پلی‌استایرن (یونولیت) یا فوم‌های اسپری باشد.

کد خبر: ۹۱۷۷۱۴

تاریخ: ۲۶ فروردين ۱۴۰۵ - ۱۳:۰۳

شاید باورتان نشود، اما روزانه بیش از دو میلیارد فنجان قهوه در سراسر جهان نوشیده می‌شود. این یعنی هر روز کوهی عظیم از تفاله قهوه تولید می‌شود که سرنوشت بیشتر آن‌ها سطل‌های زباله است. اما محققان به تازگی راهکاری شگفت‌انگیز پیدا کرده‌اند تا این پسماندها را به عایق‌های ساختمانی سازگار با محیط زیست تبدیل کنند.

اگرچه برخی از افراد خوش‌ذوق از تفاله قهوه برای غنی‌سازی خاک گلدان‌ها یا تهیه کمپوست استفاده می‌کنند، اما بخش عمده این مواد سر از محل‌های دفن زباله درمی‌آورند. آمارها در این زمینه تکان‌دهنده است؛ تخمین زده می‌شود سالانه بین ۸ تا ۶۰ میلیون تن تفاله قهوه دور ریخته می‌شود. این زباله‌ها در مراکز دفن، مشکلات بزرگی ایجاد می‌کنند؛ از جمله انتشار گازهای گلخانه‌ای مخربی مانند متان و دی‌اکسید کربن، و حتی در برخی موارد ایجاد حریق‌های خودبه‌خودی.

با توجه به حجم عظیم این ماده رایگان و در دسترس، دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال یافتن کاربردهای مفیدی برای آن هستند. تولید سوخت زیستی (Biofuel) یکی از رایج‌ترین روش‌هاست، اما خلاقیت محققان به همین جا ختم نمی‌شود. تاکنون از تفاله قهوه برای تولید مصالح پایدار جاده‌سازی، افزایش ۳۰ درصدی مقاومت بتن و حتی ساخت مواد اولیه برای پرینترهای سه‌بعدی استفاده شده است.

در یکی از جذاب‌ترین پژوهش‌ها، دانشمندان نشان داده‌اند که می‌توان از پسماند قهوه، «نقاط کوانتومی کربنی» تولید کرد؛ موادی که پتانسیل محافظت از مغز در برابر میکروب‌های عامل بیماری‌های عصبی را دارند.

جایگزینی سبز برای یونولیت‌های مضر

تلاش‌های قبلی برای ساخت عایق از تفاله قهوه همگی با یک بن‌بست مشترک روبرو می‌شدند: «تخلخل پایین». میزان تخلخل (حفرات و فضاهای خالی) در تفاله قهوه تنها حدود ۴۰ درصد است. این یعنی تفاله قهوه نمی‌تواند هوای زیادی را در خود حبس کند، در حالی که توانایی به دام انداختن هوا، مهم‌ترین ویژگی یک عایق حرارتی خوب است.

استراتژی «بازیابی منافذ»؛ کلید حل معما

برای عبور از این چالش، محققان در قدم اول تفاله قهوه را به «بیوچار» (Biochar) یا زغال زیستی تبدیل کردند؛ ماده‌ای زغال‌مانند که از مواد آلی به دست می‌آید. برای این کار، تفاله‌ها را به مدت یک هفته در دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد خشک کردند و سپس آن‌ها را برای یک ساعت تحت حرارت شدید ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار دادند. این فرآیند نه تنها تفاله‌ها را به زغال زیستی تبدیل کرد، بلکه میزان تخلخل آن‌ها را از ۴۰ درصد به ۷۱ درصد افزایش داد.

در قدم بعدی، برای اینکه این حفرات ارزشمند در طول فرآیند ساخت مواد ترکیبی از بین نروند، تیم تحقیقاتی از یک ترفند هوشمندانه به نام «بازیابی منافذ» استفاده کرد. آن‌ها ابتدا زغال زیستی را با ماده‌ای به نام پروپیلن گلیکول مخلوط کردند تا حفرات پر شوند. سپس پودر اتیل سلولز را به عنوان یک شبکه نگه‌دارنده (ماتریس) به ترکیب افزودند تا به آن ساختار و انسجام ببخشد.

این مخلوط در یک قالب داغ با دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۰ دقیقه فشرده شد. در نهایت، ترکیب به دست آمده را در یک کوره خلاء با دمای ۸۰ درجه سانتی‌گراد قرار دادند تا پروپیلن گلیکول تبخیر شده و از بین برود، در حالی که حفراتی که اشغال کرده بود، سالم و خالی باقی ماندند.

عایقی قدرتمند، هم‌تراز با محصولات تجاری

نتیجه این فرآیند، تولید ماده‌ای با قابلیت عایق‌بندی خیره‌کننده بود. برای درک بهتر، باید بدانید که ضریب هدایت حرارتی اتیل سلولز به تنهایی ۰/۲۴ وات بر متر کلوین است. اما زمانی که در این آزمایش با زغال زیستی قهوه ترکیب شد، این عدد به ۰/۰۴ کاهش یافت.

این کاهش چشمگیر به معنای آن است که بیوچارِ قهوه توانسته قدرت عایق‌بندی را شش برابر بهبود ببخشد؛ عملکردی که آن را دقیقاً هم‌تراز با یونولیت‌های تجاری موجود در بازار قرار می‌دهد. محققان حتی این عایق جدید را روی پنل‌های خورشیدی آزمایش کردند و مشاهده کردند که به طور مؤثری جلوی انتقال حرارت از پنل‌ها به محیط اطراف را می‌گیرد.

سئونگ یون کیم، یکی از نویسندگان این مطالعه، درباره این دستاورد بزرگ می‌گوید: «این روش نه تنها عملکرد مصالح را ارتقا می‌دهد، بلکه گامی بزرگ در راستای اقتصاد چرخشی (Circular economy) است. با تبدیل زباله به یک محصول کاربردی، ما می‌توانیم ضمن کاهش فشارهای زیست‌محیطی، فرصت‌های بی‌نظیری برای تولید مواد پایدار و دوستدار طبیعت خلق کنیم.»

منبع: فرادید