نقش قهوه در صنعت بتن!

نقش قهوه در صنعت بتن!

ملبورن، استرالیا – اگر این شهر به یک چیز افتخار می‌کند، قهوه آن است!

ملبورن خود را مرکز فرهنگ کافه نشینی و قهوه در استرالیا می‌داند و باریستاهای خالکوبی شده تقریباً در هر گوشه‌ای برای مشتریان قهوه‌خور، قهوه درست می‌کنند. اما مانند همه مصرف‌ها، ضایعاتی وجود دارد.

استرالیا هر سال حدود 83000 تن قهوه آسیاب شده و تفاله تولید می‌کند که محصولات جانبی صنعت قهوه است که بیشتر آن به محل دفن زباله می‌رود و در آنجا متان و چندین گاز گلخآن‌های دیگر در حین تجزیه تولید می‌شود.

گروهی از دانشمندان اکنون در تلاش هستند تا بر روی تفاله‌های قهوه فرآوری را انجام دهند و ماده انرژی‌زا را در صنعت بتن استفاده کنند – آن را در این فرآیند هم قوی‌تر و هم پایدارتر می‌کنند.

شانون کیلمارتین – لینچ در یک کارگاه در پردیس انستیتوی فناوری سلطنتی ملبورن، در حال تهیه یک دستور العمل بود. او تفاله‌های قهوه‌ را از یک برشته‌کننده محلی به بتن اضافه کرد!

بر اساس مطالعه RMIT که ماه گذشته در مجله تولید پاکیزه منتشر شد، این جایگزینی، بتن را 30 درصد قوی‌تر می‌کند.

این نوآوری نمونه‌ای از رویکردهای خلاقآن‌های است که دانشمندان در سال‌های گذشته در تلاش برای استفاده مجدد از مواد و ایجاد دنیایی پایدارتر اتخاذ کرده‌اند.

مصالح ساختمانی در حال حاضر به عنوان پتانسیل‌های بالقوه برای مواد قابل بازیافت و کربن در نظر گرفته می‌شوند که در غیر این صورت وارد جو زمین می‌شوند.

RMIT با 10 مقام محلی استرالیا همکاری می‌کند تا جاده‌ها را با استفاده از پلاستیک دور ریخته شده آسفالت کند. بتنی تولید کرده است که بخشی از آن با لاستیک‌های اتومبیل ساخته شده است.

در ژاپن، دانشگاه کیتاکیوشو خآن‌های ساخته است که از پوشک‌های خرد شده استفاده می‌کند. دانشگاه ایالتی واشنگتن آجر را از دیوارهای خشک ضایعاتی ساخته است.

Kilmartin-Lynch بخشی از تیم پنج نفره RMIT که روی پروژه قهوه کار می‌کنند، از طریق یک کارگروه محلی با این پروژه در ارتباط است. او که یک دانشمند با مدرک دکترا در زمینه پایداری بتن است، گفت پیشینه فرهنگی او باعث شد تا از علاقه خود به مهندسی عمران برای مراقبت از محیط زیست استرالیا استفاده کند.

او گفت: “من می خواستم در آن فضا باشم تا تغییری ایجاد کنم.”

در دو پردیس RMIT در ملبورن، تفاله‌های قهوه در دمای 662 درجه با اکسیژن کم پخته می‌شوند، فرآیندی که پیرولیز Pyrolysis نامیده می‌شود. ماده حاصل که بیوچار Biochar نام دارد با ترکیبات سنتی بتن: سیمان، آب، شن و ماسه ترکیب می‌شود و بیوچار جایگزین 15 درصد ماسه می‌شود.

این دانشگاه قصد دارد طی شش ماه آینده آزمایشات میدانی واقعی را انجام دهد.

کیلمارتین – لینچ گفت: قهوه به این دلیل انتخاب شد، زیرا محققان متوجه شدند که آن‌ها مقدار زیادی فنجان قهوه در روز مصرف می‌کنند، در حالی که این فرآیند را می‌توان با هر ماده آلی انجام داد.

اگر قرار بود این نوع بتن به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد، یکی از مزایای آن برای بهبود  آب و هوا خواهد بود.

پسماندهای آلی با تجزیه گازهای گلخانه‌ای، چه در کمپوست و چه در محل دفن زباله، گازهای گلخانه‌ای را آزاد می‌کنند.

میلیون‌ها تن از آن هر سال تولید می‌شود، از مواد گیاهی دور ریخته شده در طول کشاورزی گرفته تا ضایعات غذایی یک خانواده معمولی. تبدیل آن به بیوچار و ذخیره آن در بتن، کربن را در حالت جامد نگه می‌دارد، در نتیجه باعث گرمایش زمین نمی‌شود.

تفاله‌های قهوه مصرف شده بخش قابل توجهی از کل زباله‌های آلی را تشکیل می‌دهد که به محل دفن زباله در استرالیا می‌رود.

دانشمندان RMIT در مقاله خود نوشتند: “این منجر به تولید گاز متان می‌شود که به طور قابل توجهی به تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند.” بنابراین، نیاز فوری به کشف راه‌حل‌های مختلف بازیافت وجود دارد که می‌تواند به تغییر مسیر این زباله‌ها از رفتن به محل‌های دفن زباله به کاربردهای تجاری کمک کند.

استفاده از مواد آلی در تولید بتن همچنین می‌تواند تقاضا برای استخراج شن و ماسه را کاهش دهد که می‌تواند باعث آسیب زیست محیطی شود.

همچنین می‌تواند به یک «اقتصاد چرخشی» کمک کند، مدلی که در آن ضایعات در سایر بخش‌های زندگی گنجانده می‌شود.

اما Kypros Pilakoutas، مدیر عامل مرکز سیمان و بتن دانشگاه شفیلد، که در تحقیقات RMIT شرکت نداشت، چالش لجستیکی در نظر گرفتن چنین پروژه‌ای را فراتر از مرحله اثبات مفهوم، می‌داند.

او در ایمیلی گفت: «‌امکان سنجی اقتصادی چنین برنامه‌ای بسیار مشکوک است. اگرچه من این مطالعه را از منظر فن‌آوری جذاب می‌دانم اما بعید می‌دانم که در برنامه‌های کاربردی در مقیاس بزرگ کاربرد گسترده‌ای پیدا کند.»

علی عباس، مدیر مرکز تحقیقات تبدیل زباله دانشگاه سیدنی، که همچنین در پروژه RMIT شرکت داشت، گفت که او آن را بخشی از موجی از تحقیقات امیدوارکننده در مورد بتن و پایداری در سطح جهانی می‌داند که در آزمایشگاه‌ها و آزمایش‌های میدانی مؤثر بوده است.

عباس گفت: «شاید سال‌های زیادی با ما فاصله نداشته باشیم. با این حال، موضوع فراتر از جنبه فنی است.

او گفت آنچه برای پیشرفت لازم بود این بود که “کلاه مهندسی خود را بردارید و کلاه تجاری خود را بر سر بگذارید”. هزینه، تدارکات مقیاس‌بندی و متقاعد کردن تنظیم‌کننده‌های ایمنی ساخت‌وساز برای اعتبار بخشیدن به مواد غیرمتعارف از جمله چالش‌های مهم است.

برخی از تلاش‌های تحقیقاتی بر استفاده از بتن برای ذخیره ضایعات یا حتی دی اکسید کربن جذب شده متمرکز هستند.

دیگران در حال کار بر روی مشکل آزاردهنده کاهش ردپای کربن خود بتن هستند که عمدتاً از سیمان می‌آید.

سیمان، ماده اتصال دهنده‌ای است که معمولاً عمدتاً از سنگ آهک ساخته می‌شود که دی اکسید کربن را به عنوان محصول جانبی تولید می‌کند، بین 10 تا 15 درصد از دال متوسط ​​بتن را تشکیل می‌دهد. اما مسئول اکثر انتشار گازهای گلخانه‌ای و حدود 8 درصد از کل انتشارات جهانی است – بیش از هوانوردی است.

مواد جایگزین – از جمله ضایعات حاصل از تولید فولاد و تولید برق با سوخت زغال سنگ به نام “سرباره کوره بلند” و “خاکستر بادی” – تا کنون تأثیر قابل توجهی در افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای این محصول ایجاد کنند. تحقیقات زیادی در این زمینه وجود دارد.

در حالی که دستورالعمل ساخت بتن امروزی در بریتانیا در دهه 1820 استاندارد شد، سابقه طولانی در استفاده از مواد آلی در ساخت آن وجود دارد.

دیوار بزرگ چین با یک ملات که بخشی از آن از برنج چسبناک ساخته شده است، کنار هم قرار گرفته است و سازندگان قبل از قرن نوزدهم آن بتن را از همان ماده خانگی ساخته‌اند. سنگ پا و خاکستر آتشفشانی در حدود 1000 سال پیش توسط آمریکایی‌ها در هنگام ساختن شهر هنوز پابرجا ال تاجین در مکزیک مورد استفاده قرار گرفت. در مدیترانه باستان، کارشناسان می‌گویند از مواد افزودنی مختلف مانند خون، شیر و تخم مرغ استفاده می‌شده است.

حدود دو هزار سال بعد، کیل‌مارتین-لینچ هزینه یک قهوه را پرداخت و به کارگاه RMIT رفت تا آنچه را که می‌نوشید به لیست اضافه کند!