Кофейная гуща стала топливом: за 90 секунд она превращается в твердый биоуголь

Каждый год на планете выбрасывается около 10 млн тонн отработанного кофе, и большая его часть идет после отработки в мусорный бак, а далее на свалки или в мусоросжигательные заводы, несмотря на то, что она всё ещё содержит полезную энергию. Только представьте какое количество отработанного кофе выбрасывается в обычной кофейне в день, а если учесть объем всех кофеень, а если за год? Это огромное количество сырья, которое просто выбрасывается, хотя могло бы быть переработано и принести пользу.

Исследователи из Южной Кореи нашли способ превратить эти размокшие остатки кофе в высококачественный биоуголь — твердое топливо, богатое углеродом, при этом процесс занимает всего 90 секунд. Технология работает без предварительной сушки кофейной гущи, тем самым преодолевая одно из сложнейших препятствий, которое долгое время делало переработку этих отходов дорогостоящей и энергоемкой затеей, совершенно нерентабельной по итогу.

Влага отработанного кофе стала преимуществом

Большинство методов переработки кофейных отходов в топливо сначала сушат кофейную гущу, которая обычно содержит около 55% влаги. Эта стадия сушки потребляет большое количество энергии, настолько большое, что по итогу энергия, получаемая в виде твердого топлива, часто не оправдывает затраченных усилий. Зачем тратить больше, чтоб получить меньше?

Группа ученых из Корейского института минеральных ресурсов и геологических наук (KIGAM) совместно с организацией GodTech Co., Ltd. изобрела способ переработки, называемый пламенно-плазменным пиролизом (FPP). Разработанная установка генерирует плазменное пламя, которое поднимает температуру до уровня 800-900 °C, исходным материалом для которого послужил сжиженный нефтяной газ (СНГ), вместе со сжатым воздухом, а не ресурсозатратные и энергоемкие приборы, как в других установках подобного рода.

При нагнетании температуры вода, содержащаяся в кофейной гуще, быстро преобразуется в пар. Давление внутри частиц кофе нарастает до тех пор, пока микроскопические «взрывы» не разрушат эти частицы, (подобно тому как взрывается попкорн), образуя сеть пор и ускоряя карбонизацию. При таком методе вода не замедляет процесс, а наоборот способствует его активации.

Исследователи сообщают, что этот метод обработки практически не производит дыма или биомасла.

Топливо сравнимо с антрацитом

При оптимальном времени воздействия в 1,5 мин процесс позволил уменьшить массу материала на 83,3% и произвести биоуголь с показателем теплотворной способности материала 29,0 мдж/кг, а это выше на 33%, чем у кофейной гущи, и сравнимо по показателям с антрацитовым углем.

Количество связанного углерода содержащегося в биоугле увеличилось практически в 3 раза, с 15,6% до 46,2%. В результате процесса из смеси полностью удалили серу, а это означает, что топливо не будет выделять оксиды серы при сгорании. Сера в топливе может образовывать ее оксиды (SOx), которые способствуют загрязнению воздуха, кислотным дождям, раздражению дыхательных путей и коррозии в котлах или выхлопных системах. Удаление серы также снижает потребность в дополнительном оборудовании для контроля загрязнения.

Одновременно с этим площадь поверхности материала увеличилась с 1,5 до 115,4 квадратных метров на грамм, что делает его потенциальным исходным материалом для активированного угля и промышленных адсорбентов.

Исследование также показало, что продление обработки более чем 90 секунд снижает качество топлива, поскольку чрезмерный нагрев начинает повреждать структуру углерода.

Исследователи утверждают, что новый процесс значительно сокращает время производства. Гидротермальная карбонизация, еще один метод обработки влажной биомассы, стандартно длится от 1 до 6 часов. Термическая обработка (торрефикация) обычно длится более 30 минут. Для сравнения, разработанный ими пламенно-плазменный пиролиз завершает этот процесс всего за полторы минуты.

Такая экономия времени достигается как раз за счет того, что процесс не требует предварительной сушки сырья перед началом обработки и использует плазму, сгенерированную в процессе сгорания топлива в системе. Кроме того эта система также способна снизить общие энергозатраты и упростить производственные процессы.

Команда считает, что этот подход в конечном итоге может быть использован для переработки и других органических отходов содержащих высокий уровень влажности, например, пищевые отходы, такие субстанции как осадок сточных вод или сельскохозяйственные остатки. Его компактная конструкция может сделать его подходящим для децентрализованных мусоросжигательных заводов, расположенных вблизи мест образования отходов, что позволит снизить транспортные и перерабатывающие затраты.