90 секунд вместо часов. Корейские учёные ускорили переработку кофейной гущи в 240 раз

Человечество ежегодно выпивает около 400 миллиардов чашек кофе. После этого остается 18 миллионов тонн влажной кофейной гущи — примерно столько же весят три пирамиды Гизы, взятые вместе.

Большая часть этого объема просто оказывается на свалках, хотя имеет потенциал стать топливом. Главное препятствие — чрезмерная влажность. Учёные Корейского института геологии и минеральных ресурсов (KIGAM) разработали технологию, которая превращает мокрую кофейную гущу в высококачественное биотопливо буквально за полторы минуты.

Об этом пишет New Atlas.

Технологию назвали флейм-плазменным пиролизом — это первая в мире разработка такого типа. Влажную гущу обрабатывают чрезвычайно горячим плазменным пламенем температурой 800−900 °C. Влага мгновенно испаряется, создавая эффект, похожий на приготовление попкорна. В результате жмых превращается в пористое биоуголь.

Готовый продукт по своим характеристикам приближается к антрацитовому углю. Технология KIGAM исключает этап предварительной сушки, который требуется при других методах. Влага здесь не мешает процессу, а наоборот — ускоряет химические реакции и повышает качество конечного продукта.

Топливный потенциал кофейной гущи известен давно. Однако высокая влажность всегда мешала экономически выгодно превращать её в топливо. Проблема заключалась именно в энергозатратной и длительной предварительной сушке.

Метод корейских исследователей, описанный в журнале Chemical Engineering, полностью устраняет этот этап. Влага превращается из проблемы в преимущество. Технология обрабатывает шлак с влажностью около 55% — довольно влажное сырьё. Плазменное пламя, образующееся при сгорании сжиженного нефтяного газа и сжатого воздуха, превращает влажную жмыжу в сухой пористый биоуголь за 90 секунд. Масса сырья при этом уменьшается на 83,3%.

Теплотворная способность полученного биоугля составляет 29 мегаджоулей на килограмм. Для сравнения: древесина дает всего 15−20 мегаджоулей на килограмм.

Качество топлива значительно улучшилось и по другим параметрам. Содержание фиксированного углерода выросло почти втрое — с 15,6% до 46,2%. Это означает, что большая часть материала превращается в энергоемкий углерод, который горит эффективнее.

Реклама:

Этот процесс также полностью удаляет соединения серы. Это предотвращает выбросы оксидов серы, которые вызывают кислотные дожди и загрязнение воздуха. Площадь поверхности материала увеличилась с 1,5 до 115,4 квадратных метра на грамм. Такие свойства приближают биоуголь к активированному углю и открывают новые сферы применения — очистку воды, фильтрацию воздуха, промышленную адсорбцию. Плазменный процесс практически не образует дыма или смолы, что делает эту технологию более экологичной по сравнению с традиционными методами переработки биомассы.

Скорость — ещё одно главное преимущество разработки. Традиционные методы преобразования биомассы в твёрдое топливо, в частности гидротермальная карбонизация и торефикация, занимают от 30 минут до шести часов. Процесс KIGAM выполняет ту же работу за 90 секунд. Это в 240 раз быстрее, чем обычные методы.

Исследователи также избежали типичного недостатка плазменных технологий — чрезмерного потребления электроэнергии. Вместо энергоемкого плазменного оборудования система питается за счёт сгорания сжиженного газа и сжатого воздуха. Это снижает энергозатраты, сохраняя при этом температуру, необходимую для быстрого преобразования.

Самое большое преимущество технологии — сырье поступает в процесс в влажном виде. Отсутствие этапа сушки сокращает как энергетические, так и финансовые затраты. Исследование было сосредоточено на кофейной гуще, однако технологию можно применить к широкому спектру влажных органических отходов — пищевым отходам, сельскохозяйственным остаткам и даже канализационным осадкам.

«Эта технология формирует новый подход, при котором отходы рассматриваются не как проблема утилизации, а как ценный энергетический ресурс», — заявил ведущий автор исследования доктор Тэджун Пак. Команда планирует расширить применение технологии на различные типы влажных органических отходов и оптимизировать процесс для промышленного производства.

Реклама: