Новый материал — бетон на кофейной гуще

Ученые сумели сделать бетон крепче благодаря продукту, который многие из нас используют ежедневно, а то и по несколько раз на день. Это кофе, а точнее отработанная кофейная гуща. Если заменить ею 15%  песка, прочность стройматериала повышается почти на 30%.

Мало кто задумывается о влиянии кофейной индустрии на экологию. Между тем она производит примерно 23 млн тонн отходов в год, 10 млн из которых приходится на отработанную кофейную гущу. А если пересчитать на дни — то 27 тысяч тонн гущи в сутки, примерно столько весит большой корабль, например, японский вертолетоносец «Идзумо». И ладно бы отходы от эспрессо и капучино просто занимали место на свалках, они там еще и разлагаются выбрасывая в атмосферу метан, который в 21 раз сильнее способствует глобальному потеплению, чем углекислый газ.

«Нашу работу вдохновляла идея дать кофе второй шанс на жизнь», — рассказывает ведущий автор исследования профессор Инженерной школы Мельбурнского королевского технологического университета Раджив Ройчанд.

В некоторых других отраслях отработанную кофейную гущу уже используют. Например, грубая текстура позволяет применять ее в качестве скраба. Кофейную гущу добавляют в качестве удобрения для растений, поскольку она подкисляет и увеличивает аэрацию почвы, а также содержит органические вещества, а небольшое ее количество может отпугивать некоторых вредителей, например, плодовых мух и жуков. Есть проекты по производству из отходов кофеен чашек и даже носков. Наконец, отработанная кофейная гуща может стать топливом. Из нее делают пеллеты, брикеты для котлов и каминов, и даже биометан и биодизель.

Но в строительстве ее раньше еще никто не использовал. Так что австралийские ученые решили принести природе двойную пользу. И от отходов избавиться, и сократить добычу песка, который для этой цели человечество добывает в объеме 55 млрд тонн в год. А для этого роет карьеры и перекапывает русла рек.

• Читайте также:
• На Марсе построят дома из картошки?
• Ученые: кофе с утра бодрит не из-за кофеина
• Эксперт: «Если не наладим переработку, через несколько лет Израиль утонет в мусоре»

Для производства бетона используют песок, цемент и воду. Вторые два образуют связующий компонент строительного материала. А песок и, если надо, то еще и щебень служат заполнителями. От состава и соотношения всех этих ингредиентов и зависят основные характеристики материала. И ученые решили проверить, что будет, если часть песка заменить кофейной гущей.

Для создания такого бетона им пришлось обыскать все кофейни вокруг и собрать отработанную гущу. Потом ее нагрели до температуры в 350 или 500 градусов Цельсия, чтобы запустить пиролиз — процесс термического разложения органических веществ на более мелкие компоненты.  Таким образом образовывался биоуголь – легкое вещество, напоминающее древесный уголь. Ученые уже пробовали эту технологию с другой органикой.

«Наша исследовательская группа накопила обширный опыт в разработке высокооптимизированных биоуглей из различных органических отходов, включая древесный биоуголь, биоуголь из пищевых отходов, биоуголь из сельскохозяйственных отходов и биоуголь из твердых бытовых отходов, для конкретных применений», — говорит другой соавтор исследования доктор Мохаммад Саберян.

Потом кофейный биоуголь добавляли в различных отношениях в смеси на основе портландцемента. Это один из самых широко используемых видов цемента. А затем проверяли результат  на прочность.

После того, как исследователи залили бетон в форму, удалили пузырьки воздуха и высушили его при комнатной температуры в течение суток, оказалось, что биоуголь, нагретый до 350 градусов Цельсия и заменяющий 15% природного песка в цементе, позволил получить бетон на 29,3% прочнее обычного. Ученые пытались также заменить 5%, 10% и 20 % песка, но 15% оказалось оптимальным вариантом.

Сегодня команда продолжает свой эксперимент. Ученые готовятся перейти к полевым испытаниям. А потом масштабировать процесс производства, чтобы извлечь максимальную выгоду из кофе, как в чашках, так и в бетоне.

Анастасия Адаховская, «Детали». Фото: Depositphotos.com