تفالههای قهوه که معمولاً پس از تهیه نوشیدنی دور ریخته میشوند، ممکن است در آینده به مادهای برای عایقکاری ساختمانها تبدیل شوند. پژوهشگران در کره جنوبی با تبدیل تفاله قهوه به یک ماده کربنی متخلخل و ترکیب آن با یک چسب زیستپایه، عایقی ساختهاند که در آزمایشهای آزمایشگاهی عملکرد حرارتی مشابه فومهای تجاری داشته است.
به گزارش سیناپرس، هر روز حجم زیادی از تفاله قهوه پس از تهیه نوشیدنی دور ریخته میشود؛ زبالهای آلی که بخش قابل توجهی از آن راهی دفنگاههای زباله یا مراکز سوزاندن پسماند میشود. اکنون پژوهشگران دانشگاه ملی جئونبوک در کره جنوبی راهی را بررسی کردهاند که میتواند این پسماند را به مادهای کاربردی برای عایقکاری حرارتی تبدیل کند.
در این پژوهش، تفالههای قهوه مصرفشده ابتدا شسته و خشک شدند و سپس در دماهای مختلف حرارت دیدند تا به مادهای کربنی و پر از منافذ ریز موسوم به بیوچار تبدیل شوند. بررسیها نشان داد حرارت دادن تفاله قهوه در دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد، ساختاری ایجاد میکند که حدود ۷۱ درصد آن فضای خالی است.
اهمیت این منافذ در عملکرد عایق حرارتی است. هوای محبوس در فضاهای بسیار کوچک میتواند انتقال گرما را کاهش دهد و در نتیجه به عایق شدن ماده کمک کند. جالب آنکه افزایش دما تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد، اگرچه میزان فضای خالی ماده را بیشتر کرد، الزاماً عملکرد حرارتی بهتری ایجاد نکرد؛ زیرا ساختار کربنی ایجادشده در این دما میتوانست گرما را آسانتر منتقل کند.
چگونه تفاله قهوه به عایق تبدیل شد؟
پژوهشگران پس از تولید ماده متخلخل، آن را با یک چسب زیستپایه ترکیب کردند تا بتوانند ذرات را به شکل یک تخته عایق درآورند. چالش اصلی این مرحله این بود که چسب میتوانست وارد منافذ بیوچار شود و فضاهای حاوی هوا را مسدود کند؛ اتفاقی که عملکرد عایق را کاهش میدهد.
برای جلوگیری از این مشکل، پژوهشگران پیش از افزودن چسب، ماده کربنی را با پروپیلن گلیکول آماده کردند. این ماده ابتدا منافذ بیوچار را پر میکرد و مانع نفوذ چسب به داخل آنها میشد. سپس در فرایند ساخت تخته، پروپیلن گلیکول خارج شد و منافذ ماده باز باقی ماندند.
نتایج آزمایشها نشان داد تختهای که ۲۵ درصد وزنی آن از ماده کربنی حاصل از تفاله قهوه تشکیل شده بود، رسانایی حرارتی بسیار کمتری نسبت به چسب بهتنهایی داشت. شبیهسازیهای رایانهای نیز نشان دادند که وجود مرز میان ذرات متخلخل و چسب میتواند مقاومت بیشتری در برابر انتقال گرما ایجاد کند.
عملکردی مشابه فوم در آزمایش آزمایشگاهی
پژوهشگران برای بررسی کاربرد احتمالی این ماده، آن را در یک سامانه کوچک شبیهسازیشده مربوط به پنل خورشیدی نیز آزمایش کردند. نتیجه نشان داد تخته ساختهشده از تفاله قهوه در این آزمایش توانست از انتقال گرما عملکردی قابل مقایسه با فومهای تجاری داشته باشد.
این ویژگی میتواند در صورت توسعه فناوری، مسیر تازهای برای استفاده مجدد از یکی از پسماندهای رایج صنعت قهوه ایجاد کند. به جای آنکه تفاله قهوه صرفاً به عنوان زباله دفع شود، میتوان از مواد موجود در آن برای تولید محصولات جدید استفاده کرد.
از سوی دیگر، آزمایشهای اولیه تجزیه نیز نشان دادند نمونه ساختهشده از تفاله قهوه در یک آزمایش سههفتهای سریعتر از چسب بهتنهایی تجزیه شد. پژوهشگران احتمال میدهند منافذ و فضاهای میان ذرات کربنی و چسب، ورود رطوبت را آسانتر کرده و فرایند تجزیه را سرعت داده باشند.
هنوز تا استفاده در ساختمان فاصله وجود دارد
با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز در مرحله آزمایشگاهی قرار دارد و نمیتوان گفت تفاله قهوه بهزودی جایگزین عایقهای ساختمانی موجود خواهد شد.
نمونههای بررسیشده در این مطالعه کوچک بودند و موضوعاتی مانند مقاومت مکانیکی، دوام در برابر رطوبت، ایمنی در برابر آتش، عملکرد در شرایط واقعی ساختمان و الزامات استانداردهای ساختمانی نیازمند بررسیهای جداگانه هستند.
با این حال، یافته این پژوهش نشان میدهد پسماندی که معمولاً پس از نوشیدن قهوه بدون استفاده دور ریخته میشود، میتواند به مادهای با ارزش افزوده تبدیل شود. اگر مطالعات آینده بتوانند دوام و ایمنی این ماده را در مقیاس واقعی تأیید کنند، استفاده از تفاله قهوه در تولید عایقهای زیستپایه میتواند هم به کاهش بخشی از پسماند قهوه و هم به توسعه مواد ساختمانی پایدارتر کمک کند.
پژوهش مربوط به این فناوری در نشریه Biochar منتشر شده است.
مترجم:نداجوادهراتی