Оказывается, сырье для производства биотоплива есть практически в каждом доме. Кофейная гуща, которая остается после приготовления бодрящего напитка и обычно отправляется в мусорное ведро, может стать ценным источником энергии: южнокорейские ученые разработали технологию, которая позволяет превращать эти отходы в высококалорийное топливо всего за 90 секунд — причем без предварительной сушки, считающейся одним из самых затратных этапов переработки.
Авторы научного исследования утверждают, что полученный из кофейной гущи биоуголь по своим характеристикам нисколько не уступает антрациту.
По оценкам, ежегодно в мире образуется не менее 6-8 миллионов тонн кофейной гущи, большая часть которой отправляется на свалки. Обычно переработка таких отходов в топливо начинается с долгого и энергозатратного этапа сушки: влажные материалы сгорают неэффективно, а предварительное удаление влаги требует огромных затрат энергии. Однако ученые нашли способ не только отказаться от предварительной подготовки сырья, но и использовать содержащуюся в нем воду для ускорения переработки.
Как превратить кофе в топливо за 90 секунд
Новая технология, разработанная специалистами из Корейского института наук о Земле и минеральных ресурсов, получила название Flame Plasma Pyrolysis (пламенный плазменный пиролиз). В ее основе лежит обработка отходов высокотемпературной плазмой, образующейся при сжигании сжиженного газа и подаче сжатого воздуха.
Температура в системе достигает примерно 800–900 °C, и когда плазма в таких условиях попадает на влажную кофейную гущу, то она практически мгновенно испаряет воду, содержащуюся в материале.
Причем эта вода помогает процессу: при резком нагреве она мгновенно превращается в пар, после чего давление внутри частиц возрастает, и структура материала буквально разрывается изнутри на микроскопическом уровне, образуя губчатую структуру с множеством крошечных пор и каналов. Исследователи назвали явление это «эффектом попкорна» — по аналогии образования воздушного снека из твердых кукурузных зерен.
В одном эксперименте ученые использовали 30 граммов кофейной гущи, которую взяли из кофемашины, расположенной прямо в кафетерии Корейского института наук о Земле и минеральных ресурсов. Как показали измерения, эта гуща на 55% состояла из воды и по консистенции напоминала мокрую глину.
После обработки высокотемпературной плазмой — через 90 минут — исследователи получили плотный биоуголь с высоким содержанием углерода, сокращенной на 83,3% массой и энергоемкостью 29,0 мегаджоулей на килограмм — примерно на треть выше, чем у исходной кофейной гущи. Кроме того, в процессе обработки значительно снизилось содержание серы, а значит, при сжигании такого топлива в атмосферу будет попадать меньше загрязняющих веществ, включая диоксид серы — один из основных компонентов кислотных дождей.
Это исследование показывает, что плазменно-пламенный пиролиз представляет собой экологичный, энергоэффективный и сверхбыстрый способ преобразования отходов в энергию, при котором влага, присутствующая в биомассе, из источника тепла превращается в важного активатора процесса. Ученые также отмечают, что разработанная ими методика может найти применение не только в энергетике: благодаря высокой пористости полученный материал потенциально подойдет для производства фильтров, например, адсорбентов и активированного угля.