Кофейная гуща сделала бетон на 30% прочнее

Кофе — самый популярный безалкогольный напиток в большинстве стран. Согласно всемирной статистике, в 2020-2021-х люди потребили почти 10 миллионов тонн кофейных зерен. После варки кофе остается очень много отработанной гущи, которую выбрасывают на свалку. По грубым оценкам специалистов, каждый год в мусорных контейнерах оказывается до 54 миллионов тонн этой гущи.

Кофейным остаткам давно нашли практическое применение — в строительстве, например, дорог. В 2016 году исследователи из Австралии узнали, что если собрать отработанную кофейную гущу из одних только кофеен Мельбурна, то с ее помощью можно строить по пять километров дорог в год.

Ученые из Мельбурнского королевского технологического университета решили попробовать еще один вариант использования отработанной кофейной гущи в строительстве — в бетонных смесях. Результаты их работы опубликованы в журнале Journal of Cleaner Production.

Для приготовления бетона необходимы песок, вода, цемент. Песок выполняет функцию мелкого заполнителя в смеси и необходим для того, чтобы сделать бетон прочным. Благодаря песку смесь получается густой и плотной. Исследователи из Австралии заменили песок на кофейные отходы и проверили, станет ли бетон еще прочнее.

Сперва ученые собрали кофейную гущу в кофейнях Мельбурна и высушили ее, чтобы удалить влагу. Потом высушенный материал нагревали при двух разных температурах — 350 и 500 градусов Цельсия. Для этого ученые использовали процесс пиролиза, чтобы из гущи произвести биоуголь.

Дальше исследователи работали с двумя группами составов смесей, в которых в качестве мелкого заполнителя использовали биоуголь на основе отработанной кофейной гущи и песок соответственно. Для изготовления бетонной смеси в портландцемент добавляли разные пропорции биоугля и песка: 5, 10, 15 и 20%. 

Полученные смеси с разными пропорциями заполнителя заливали в формы и при помощи вибрации удаляли воздушные полости. Затем готовый бетон извлекали из форм и клали в резервуар с водой, чтобы произошло его полное отверждение. После бетон при разных температурах (350 и 500 градусов Цельсия) испытывали на прочность на сжатие, то есть проверяли, какое давление он сможет выдержать.

Эксперименты показали, что из всех испытанных бетонных смесей самой эффективной оказалась та, в которой в качестве мелкого заполнителя использовалось 15% отработанной кофейной гущи (биоугля), нагретой до 350 градусов. Такой бетон показал значительные улучшения свойств материала, что привело к увеличению его прочности на 29,3% по сравнению с бетонными смесями, в которых был песок.

«Наше исследование показало, что есть способ, который может решить проблему кофейных отходов, — строительство. Нам нужно научиться внедрять отработанную гущу в эту сферу, тогда на свалках станет меньше отходов», — объяснил Цзе Ли, соавтор исследования.

По словам австралийских исследователей, технология «кофейного» производства бетона поможет справиться еще с одной экологической проблемой: сохранить природные ресурсы. Природный песок обладает ограниченными запасами, и это не возобновляемый ресурс. Ежегодно люди добывают примерно от 40 до 50 миллиардов тонн песка и гравия, чтобы затем применять их в строительстве. Если люди научатся использовать отработанную кофейную гущу в качестве основы строительных материалов, где применяют песок, его добыча сократится в разы.