Genanvendelse af kaffegrums til beton:Forøgelse af styrke og bæredygtighed

Narong Khueankaew/Shutterstock

Over hele kloden gennemsyrer kaffekultur dagligdagen og fremmer produktiviteten, mens den genererer betydelige miljømæssige fodaftryk. Hvert år kasserer menneskeheden over 7 millioner tons brugt kaffegrums - en mængde, der overvælder selv de mest biologisk nedbrydelige affaldsstrømme. Et forskerhold ved RMIT University i Melbourne har vendt denne udfordring til en mulighed og afsløret, at disse grunde under specifikke forhold faktisk kan forstærke beton.

Deres resultater, offentliggjort i Journal of Cleaner Production (2023), afslører, at konvertering af kaffegrums til biokul – et trækulslignende materiale produceret ved pyrolyse – og inkorporering af det i stedet for en del af sandet i standardbetonblandinger giver en komposit, der overgår konventionel beton med hensyn til holdbarhed.

Ud over en nyhed adresserer opdagelsen to presserende miljøproblemer:den omleder organisk affald fra lossepladser, mindsker metan-emissioner, og den reducerer afhængigheden af naturligt sand - en ressource, hvis udvinding fra flodsenge og kystområder hurtigt udtømmes. Denne dobbelte fordel kunne bane vejen for grønnere byggemetoder og mere bæredygtige boliger.

Beton er blandt verdens mest allestedsnærværende byggematerialer, men dets fremstilling tegner sig for omkring 8% af den globale CO₂-emission ifølge en undersøgelse fra Princeton University. Samtidig nedbrydes organisk affald såsom kaffegrums til metan, en potent drivhusgas. Ved at omdanne disse grunde til et forstærkende materiale kan byggesektoren samtidig sænke sit CO2-fodaftryk og bremse metanfrigivelsen.

Hvordan kaffegrums styrker beton

Emanuele Cremaschi/Getty Images

RMIT-teamet undgik blot at tilføje rå kaffegrums til beton - en metode, der ville give ringe strukturel fordel - ved først at udsætte affaldet for pyrolyse. Denne proces opvarmer jorden i et iltfrit miljø og omdanner dem til biokul, der kan prale af en porøs struktur med højt overfladeareal, der ligner trækul.

To pyrolysetemperaturer blev testet:662°F (≈356°C) og 932°F (≈500°C). Det er bemærkelsesværdigt, at biokul produceret ved 662°F, når det blev brugt til at erstatte 15% af sandet i en konventionel blanding, producerede beton, der var 29,3% stærkere end kontrollen. Biokul fra den højere temperatur (932°F) var mindre effektivt, hvilket understreger vigtigheden af præcis temperaturkontrol for optimal ydeevne.

Den forbedrede styrke tilskrives mikrostrukturen af kaffebiokul. Dets høje overfladeareal og porøsitet forbedrer bindingen med cementpastaen, hvilket forbedrer grænsefladeadhæsionen og den overordnede matrixkohæsion.

Mens langtidsholdbarhed under ekstreme forhold - såsom temperaturcyklus og slid - stadig skal evalueres fuldt ud, er de foreløbige resultater opmuntrende. Professor Jie Li, ledende forsker, bemærker:"Den fortsatte udvinding af naturligt sand fra flodsenge og kystlinjer påfører en alvorlig miljøbelastning. Udvikling af bæredygtige alternativer som kaffebaseret biokul er afgørende for at opretholde en levedygtig forsyning af byggematerialer."