تفاله قهوه: سرنگونی محکم ترین بتن با کمک دانشمندان

نوعی بیوزغال تفاله قهوه به بتن اضافه شده و عملکرد آن مورد پژوهش قرار گرفته است. این ترکیب می‌تواند نقش مهمی در آینده محیط زیست ایفا کند.

دانشمندان دانشگاه استرالیایی RMIT نوعی روش جدید ابداع کرده‌اند که می‌تواند بتن را تا ۳۰ درصد محکم‌تر کند. در این روش، زیست سوخت از جنس کربن که از تفاله قهوه گرفته شده به بتن معمولی افزوده شده است.

سالانه میزان بیش از ۱۰ میلیارد کیلوگرم قهوه در سرتاسر جهان استفاده شده و تفاله آن به عنوان زباله دور ریخته می‌شود. این روند ضمن محکم‌تر کردن بتن، همچنین مورد استفاده برای میزان دورریز تفاله قهوه در جهان پیدا کرده است. مرکز تحقیقاتی مسئول این آزمایش در دانشگاه RMIT بیانیه‌ای رسانه‌ای منتشر کرده و این موضوع را به عنوان نقطه قوت برجسته در پژوهش ذکر کرده است. نویسنده اصلی این مقاله به نام دکتر راجیو رویچاند از دانشکده مهندسی گفته است:

دور ریختن زباله‌های ارگانیک، چالشی زیست محیطی ایجاد می‌کند. این زباله‌ها مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای مانند متان و دی اکسید کربن تولید می‌کنند که در آخر منجر به تغییرات اقلیمی می‌شوند.

تکنولوژی نوین تفاله قهوه را طی پروسه‌ای پایدار، کم انرژی و بدون اکسیژن تحت دمان ۳۵۰ درجه سلسیوس به زیست سوخت زغال تبدیل می‌کند.

با شات دوم قهوه، خانه بسازید

رویچاند، همکار پسا دکتری در دانشگاه RMIT می‌گوید:

هدف اولیه ما در پروژه این بود راهی پیدا کنیم تا به قهوه فرصت “شات دوم” دهیم و به جای روانه کردنش به سطل آشغال، با روشی خلاقانه وارد پروژه‌های ساخت و سازش کنیم. حالا بسیاری از انجمن‌ها که قبلاً درگیر خلاص شدن از زباله‌های ارگانیک بودند، حالا به نتیجه تحقیقات ما علاقه نشان داده‌اند. آن‌ها ما را در پروژه‌های زیرساختی آینده خود همکار کرده‌اند. در این پروژه‌ها قرار است از شکل گرما دیده و تغییر یافته (واهشته) دورریزهای مختلف استفاده شود.

واهشتگی یا تجزیه شیمیایی در اثر گرما نوعی تکنولوژی کلیدی در روند تبدیل زیست توده به محصول مایع میانجی است که می‌تواند به جایگزین پتروشیمیایی پالایش شود. این تکنولوژی حالا برای تبدیل تفاله قهوه به منبع مناسب در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شود.

نویسنده دیگر مقاله به نام دکتر شانون کیلمارتین لینچ که همکار پسا دکتری دیگری در دانشگاه RMIT است می‌گوید:

ایده اولیه تحقیقم از دیدگاه بوم نهادی شامل عواملی از جمله توجه به کشور می‌شود. من قصد داشتم وجود چرخه حیات پایدار را تضمین کنم تا زباله‌ای بی جهت دفن نشود و به محیط زیست آسیب وارد نکند. صنعت بتن یکی از صنایع مناسب شناخته می‌شود که ظرفیت کافی دارد تا با استفاده از تفاله قهوه، کمک کند زباله ارگانیک دوباره بازیافت شود. بدین ترتیب، زباله‌ای دفن نمی‌شود و محیط زیست را هم آلوده نمی‌کند.

استفاده از تفاله قهوه به جای ماسه

زیست سوخت زغال یا به بیان ساده‌تر بیوزغال، حالا به جای ماسه که منبعش در حال کاهش شدید است، در ساخت بتن نوین استفاده می‌شود. ماسه برجسته‌ترین ماده جامد استخراج شده در سرتاسر جهان است و پس از آب، پراستفاده‌ترین منبع جهانی هم شناخته می‌شود.

پروفسور جی لی، نویسنده همکار و سرپرست تیم تحقیقات در این باره می‌گوید:

به خاطر کاهش چششویر منابع ماسه در سرتاسر جهان و همچنین تأثیرات محیطی استخراج آن، چالش‌های اساسی و دیرپا در زمینه نگهداری منابع پایداری از این ماده مطرح شده است. با رویکرد اقتصاد دورانی، ما می‌توانیم از دفن زباله ارگانیک پیشگیری کرده و همچنین از منابع طبیعی دیگرمان مانند ماسه به خوبی حفاظت کنیم.

بیوزغال قهوه در مقایسه با ماسه منبع جایگزین مناسبی از مواد خام است که علاوه بر پایداری همچنین میزان تأثیرات مخرب زیست محیطی را به دست صنایع را کاهش می‌دهد. البته این تنها بیوزغال مبتنی بر زباله نیست که دانشگاه RMIT تاکنون تولید کرده. موسسه تحقیقاتی مذکور، قبلاً هم درباره انواع گزینه‌های زباله ارگانیک پژوهش کرده است.

دکتر محمد صابریان، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی این پروژه می‌گوید:

تیم تحقیقاتی ما تا به حال در توسعه انواع بیوزغال بهینه سازی شده از منابع دورریز مختلف از جمله بیوزغال چوب، بیوزغال دورریز غذا، بیوزغال دورریز کشاورزی و بیوزغال زباله خشک شهری برای مصارف صنعت بتن پژوهش کرده و تجارب زیادی کسب کرده است.

این مقاله تحقیقاتی در مجله آنلاین Journal of Cleaner Production منتشر شده است.

همچنین بخوانید: بتن فضایی ساخته شد؛ زیربنای خانه‌های مریخی!

چکیده مقاله

تجزیه زباله‌های ارگانیک دفن شده زیر خاک، باعث تولید گاز متان می‌شود که در پدیده گرمایش زمین ۲۱ برابر ضرر بیشتری در مقایسه با دی اکسید کربن ایجاد می‌کند. تفاله قهوه هم نوعی زباله ارگانیک است که سهم زیادی در زباله‌های مدفون زیر خاک دارد. به همین خاطر لازم است به دنبال یافتن راهکار مناسبی جهت بازیافت این نوع زباله به منبعی ارزشمند باشیم. صنعت بتن ظرفیت خوبی در این زمینه دارد و می‌تواند نرخ بازیافت زباله ارگانیک را افزایش دهد. از طرفی، تفاله قهوه با توجه به حجم محتوای ارگانیکی بالا نمی‌تواند به شکل اولیه مورد استفاده قرار بگیرد.

به همین خاطر این پروژه تحقیقاتی روی تجزیه شیمیایی حرارتی تفاله قهوه در دماهای متفاوت از ۳۵۰ تا ۵۰۰ درجه سلسیوس متمرکز شده است تا مناسب بودنش را در بهبود فیزیکی شیمیایی و مکانیکی بتن بررسی کند. شکل خام و تجزیه شده تفاله قهوه به عنوان جایگزین توده‌ای در حجم‌های ۵، ۱۰، ۱۵ و ۲۰ درصد مورد آزمایش قرار گرفت. تحلیل فلورسنس اشعه ایکس، کربن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد و همچنین تحلیل انکسار لیزری اندازه اجزا، انکسار لیزری اشعه ایکس، اسکن ذره‌بینی الکترون و آزمون‌های فشار و استحکام اجرا شد تا مشخصات مواد خام و عملکرد آن در ترکیب بتن بررسی شود.

نتایج نشان می‌دهد که فرونشست حاصل از ترکیب ارگانیک تفاله قهوه، واکنش جذب آب از ذرات سیمان را به تأخیر می‌اندازد. به همین خاطر، ترکیب تفاله قهوه میزان استحکام بتن مخلوط نوین را افزایش می‌دهد. تجزیه گرمایی تفاله قهوه در دمای ۳۵۰ درجه سلسیوس هم باعث بهبود چششویری در مشخصات و ویژگی‌های این ماده شده و به افزایش ۳۰ درصدی در استحکام کلی ترکیب بتن حاوی بیوزغال قهوه انجامید.