استفاده نوآورانه از پسماند قهوه برای بهبود پایداری بتن و کاهش آسیب های زیست محیطی

پسماند قهوه: راه‌حلی شگفت‌انگیز برای چالش‌های زیست‌محیطی بتن

هر ساله، جهان با دو چالش بزرگ روبه‌رو است: مدیریت حجم بالای پسماند قهوه و کاهش اثرات زیست‌محیطی بتن که بخش اساسی زیرساخت‌های شهری به شمار می‌رود. پژوهشی جدید در استرالیا نشان می‌دهد که با تبدیل پسماند قهوه به ماده‌ای موثر نه تنها می‌توان دوام بتن را افزایش داد، بلکه گامی مهم در جهت توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست برداشت.

ابعاد جهانی پسماند قهوه و نیاز صنعت ساخت‌وساز

سالانه بیش از ۱۰ میلیارد کیلوگرم (۲۲ میلیارد پوند) پسماند قهوه در جهان دور ریخته می‌شود و اکثر این ضایعات راهی محل دفن زباله می‌گردند. این امر نه تنها به هدر رفت منابع آلی منجر می‌شود بلکه چالش بزرگ زیست‌محیطی ایجاد می‌کند، زیرا پوسیدگی این مواد باعث آزادسازی گازهای گلخانه‌ای همچون متان و دی‌اکسیدکربن می‌شود که نقش موثری در تغییرات اقلیمی دارند. همزمان، صنعت ساخت‌وساز نیز با رشد فزاینده خود نیاز روزافزونی به بتن دارد؛ بتنی که تولید آن به منابع محدودی مانند شن طبیعی وابسته است. استخراج بی‌رویه شن از بستر رودخانه‌ها موجب تخریب زیستگاه‌ها، کاهش سطح آب زیرزمینی و فشار مضاعف بر اکوسیستم‌ها می‌شود.

فناوری تبدیل پسماند قهوه به بتن با عملکرد بالا

افزودن مستقیم پسماندهای آلی از جمله قهوه به بتن نه تنها مفید نیست بلکه می‌تواند استحکام آن را کاهش دهد؛ چرا که ممکن است ترکیبات نامطلوبی را وارد بتن کند. برای حل این مشکل، پژوهشگران دانشگاه RMIT فرآیندی با مصرف انرژی پایین به نام "پیرولیز" توسعه داده‌اند. طی این فرآیند، پسماند قهوه در دمای بالای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد و در شرایط بدون اکسیژن قرار می‌گیرد تا به ماده کربنی غنی به نام بیوچار تبدیل شود. بیوچار حاصل، ساختار متخلخل و مقاومی دارد که به خوبی با ذرات سیمان پیوند برقرار کرده و باعث تقویت بتن می‌شود.

آزمایش‌های مهندسی نشان داده‌اند که افزودن بیوچار تولید شده از پسماند قهوه می‌تواند مقاومت فشاری بتن را تا ۳۰ درصد نسبت به بتن معمولی افزایش دهد. نکته جالب توجه اینکه افزایش دمای پیرولیز بیش از ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد باعث کاهش استحکام بتن می‌شود و بنابراین، دامنه بهینه‌ای برای تبدیل پسماند قهوه به بیوچار قابل استفاده در ساخت‌وساز وجود دارد.

مزایای زیست‌محیطی و عملی بتن تقویت شده با قهوه

این رویکرد توانسته است چندین چالش زیست‌محیطی را همزمان رفع کند. جلوگیری از دفن پسماند آلی، انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داده و به توسعه اقتصاد چرخشی کمک می‌کند. همچنین جایگزینی بخشی از شن طبیعی با بیوچار مشتق از قهوه در تولید بتن، فشار بر اکوسیستم‌های رودخانه‌ای را کاهش داده و به حفاظت از منابع طبیعی محدود کمک می‌کند.

مهندس دانشگاه RMIT، جی لی، به اهمیت این دستاورد تاکید کرده و می‌گوید: «استخراج مستمر شن طبیعی برای پاسخ به رشد صنعت ساخت‌وساز تاثیر قابل توجهی بر محیط زیست دارد. با رویکرد اقتصاد چرخشی، هم می‌توانیم پسماند آلی را از دفن در زباله دور کنیم و هم منابع طبیعی‌مان را بهتر حفظ کنیم.»

افق‌های آینده و کاربردهای گسترده‌تر

پژوهشگران اذعان دارند که این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی است. مطالعات کنونی بر بررسی دوام و ماندگاری بتن تقویت‌شده با بیوچار قهوه تحت شرایط مختلف مانند چرخه‌های یخ‌زدایی و ذوب، جذب آب و سایش تمرکز دارد. همچنین بیوچار تولید شده از سایر پسماندهای آلی مانند تراشه‌های چوب، ضایعات غذایی و بقایای کشاورزی مورد آزمون قرار می‌گیرد که می‌تواند راه را برای تولید مصالح ساختمانی حتی پایدارتر هموار سازد.

شانون کیلمارتین-لینچ، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی، بیان کرد: «پژوهش‌ ما هنوز در آغاز راه است، اما این دستاوردهای جالب نشان می‌دهد چگونه می‌توان مقدار قابل توجهی از پسماند آلی را از دفن در زباله بازداشت.» تیم پژوهشی با الهام از رویکردهای بومی در حفاظت محیط زیست، متعهد به توسعه راهکارهایی است که چرخه عمر مواد را محترم شمرد و اثرات زیست‌محیطی را به حداقل برساند.

جمع‌بندی

ادغام پسماند قهوه در تولید بتن، گامی امیدبخش در مسیر ساخت‌وساز پایدار و مدیریت بهتر پسماند به‌شمار می‌آید. با بهره‌گیری از پیشرفت‌های دانش مواد و پذیرش مفاهیم اقتصاد چرخشی، دانشمندان راهی هوشمندانه و سبزتر برای توسعه شهرها پیشنهاد می‌کنند—جایی که قهوه دیروز، آجرهای مستحکم و پایدار فردا را می‌سازد.