Australijscy inżynierowie z Uniwersytetu RMIT dokonali ciekawego odkrycia, które może zrewolucjonizować podejście do gospodarki odpadami w budownictwie. Ich badania wskazują, że odpowiednio przetworzone fusy kawowe mogą nie tylko zastąpić część piasku w betonie, ale wręcz poprawić jego właściwości wytrzymałościowe. To pierwsze tak szczegółowe analizy potwierdzające realne możliwości wykorzystania odpadów kawowych w materiałach budowlanych.
Fusy z kawy idealnym dodatkiem do betonu
Kluczem do sukcesu okazał się proces pirolizy, czyli ogrzewania fusów bez dostępu tlenu w temperaturze 350oC. Dzięki tej metodzie beton staje się o 30 proc. mocniejszy, a odpady kawowe przekształcają się w wartościowy biowęgiel. Co ciekawe, surowe fusy działają wręcz odwrotnie – zawarte w nich związki organiczne zakłócają proces wiązania cementu i znacząco obniżają wytrzymałość gotowego materiału.
Czytaj też: Tego jeszcze nie było. Ten beton przechowuje energię i zasila sprzęt
Najlepsze rezultaty osiągnięto, zastępując 15 proc. objętości piasku biowęglem z fusów kawowych. Paradoksalnie, podwyższenie temperatury pirolizy do 500oC daje gorsze efekty – powstaje wówczas materiał bardziej porowaty i kruchy, co zmniejsza wytrzymałość betonu aż o 34,5 proc. To doskonały przykład, jak delikatna jest równowaga w procesach technologicznych.
Skala problemu odpadów kawowych jest poważna. Rocznie na świecie produkuje się około 10 mld kg zużytych fusów, z czego znaczna część trafia bezpośrednio na wysypiska. Samej Australii dotyczy 75 mln kg takich odpadów rocznie. Rozkładająca się materia organiczna generuje metan, gaz cieplarniany 21 razy bardziej szkodliwy niż dwutlenek węgla.
Tymczasem branża budowlana zużywa rocznie 50 mld ton naturalnego piasku, którego wydobycie niszczy ekosystemy na całym globie. Według obliczeń naukowców, wszystkie odpady kawowe produkowane w Australii mogłyby zostać wykorzystane w betonie konstrukcyjnym po przetworzeniu na biowęgiel. To oznaczałoby nie tylko redukcję emisji metanu, ale także ograniczenie zapotrzebowania na piasek naturalny.
Badania opublikowane w Journal of Cleaner Production ujawniły mechanizm stojący za poprawą właściwości betonu. Biowęgiel z fusów wykazuje doskonałą przyczepność do matrycy cementowej, a sama pasta cementowa penetruje jego porowatą strukturę, umożliwiając równomierny rozwój wytrzymałości w całym materiale. Wraz ze wzrostem temperatury pirolizy zmienia się zawartość węgla – od 51,2 proc. w surowych fusach, przez 62,8 proc. przy 350oC, do 71,4 proc. przy 500oC.
Kilka australijskich samorządów już wyraziło zainteresowanie wykorzystaniem tej technologii w planowanych projektach infrastrukturalnych. Zespół badawczy ma doświadczenie w opracowywaniu biowęgli z różnych odpadów organicznych, w tym drewna, odpadów spożywczych i komunalnych. Kolejne etapy badań obejmują opracowanie strategii wdrożeniowej i testy terenowe.