Έρευνα διαπίστωσε ότι το σκυρόδεμα μπορεί να γίνει 30% ισχυρότερο αντικαθιστώντας ένα ποσοστό άμμου με χρησιμοποιημένο κατακάθι καφέ, ένα οργανικό απόβλητο που παράγεται σε τεράστιες ποσότητες και συνήθως καταλήγει σε χωματερές. Η μέθοδος μειώνει επίσης τη χρήση φυσικών πόρων όπως η άμμος, συμβάλλοντας περαιτέρω σε μια πιο πράσινη προσέγγιση της κυκλικής οικονομίας στις κατασκευές.
Υπολογίζεται ότι, παγκοσμίως, η συνολική ποσότητα χρησιμοποιημένου κατακαθιού καφέ (Spent Coffee Grounds- SCG) που παράγεται ετησίως ανέρχεται σε 60 εκατομμύρια τόνους καθιστώντας το, το σε μεγαλύτερη αφθονία απόβλητο που παράγεται κατά την παρασκευή καφέ. Παραδοσιακά, τα περισσότερα από αυτά τα κατακάθια καφέ καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής.
“Η έμπνευση για την εργασία μας ήταν να βρούμε έναν καινοτόμο τρόπο να χρησιμοποιήσουμε τις μεγάλες ποσότητες αποβλήτων καφέ σε κατασκευαστικά έργα αντί να πηγαίνουν σε χωματερές – να δώσουμε στον καφέ μια “διπλή ευκαιρία” στη ζωή”, δήλωσε ο Rajeev Roychand, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Λόγω του λεπτού μεγέθους των σωματιδίων τους, τα SCG έχουν προταθεί ως ένα χρήσιμο συστατικό σε αστικές και κατασκευαστικές εφαρμογές. Έτσι, οι ερευνητές αποφάσισαν να το δοκιμάσουν. Αρχικά συνέλεξαν SCG από διάφορες καφετέριες γύρω από τη Μελβούρνη της Αυστραλίας και το στέγνωσαν για να αφαιρέσουν την υγρασία. Στη συνέχεια, το αποξηραμένο οργανικό υλικό θερμάνθηκε σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες – είτε 350 °C (662 °F) είτε 500 °C (932 °F) – χρησιμοποιώντας μια διαδικασία χαμηλής ενέργειας, χωρίς οξυγόνο που ονομάζεται πυρόλυση για τη δημιουργία βιοάνθρακα.
Δώδεκα σχέδια μίγματος χρησιμοποιήθηκαν για να συγκριθούν οι επιδράσεις του SCG στη μηχανική και μικροδομική συμπεριφορά του σκυροδέματος. Τα διάφορα SCG – μορφή μη επεξεργασμένο SCG, πυρολυμένο SCG στους 350 βαθμούς και πυρολυμένο SCG στους 500 βαθμούς – ενσωματώθηκαν στο κοινό τσιμέντο Πόρτλαντ σε ποσοστό 0%, 5%, 10%, 15% και 20% ως αντικατάσταση των λεπτών αδρανών -φυσική άμμος.
Το νωπό σκυρόδεμα χύνεται σε καλούπια και δονείται για να απομακρυνθούν οι θύλακες αέρα. Στη συνέχεια, σκληρύνθηκε σε θερμοκρασία δωματίου για 24 ώρες, αποδιαμορφώθηκε και σκληρύνθηκε σε δεξαμενή νερού μέχρι να δοκιμαστεί για αντοχή σε θλίψη και να αναλυθεί με τη χρήση περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM).
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι, από όλα τα σύνθετα σκυροδέματα που δοκίμασαν, εκείνο που αντικατέστησε το 15% της άμμου με SCG πυρολυμένο στους 350 °C (662 °F) οδήγησε σε σημαντική βελτίωση των ιδιοτήτων του υλικού του, με αποτέλεσμα την αύξηση της θλιπτικής αντοχής κατά 29,3%.
“Η βιομηχανία σκυροδέματος έχει τη δυνατότητα να συμβάλει σημαντικά στην αύξηση της ανακύκλωσης οργανικών αποβλήτων, όπως ο χρησιμοποιημένος καφές”, δήλωσε η συν-επικεφαλής συγγραφέας Shannon Kilmartin-Lynch. “Η έρευνά μας βρίσκεται σε αρχικό στάδιο, αλλά αυτά τα συναρπαστικά ευρήματα προσφέρουν έναν καινοτόμο τρόπο για να μειωθεί σημαντικά η ποσότητα των οργανικών αποβλήτων που καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής”.
Εκτός από την εξοικονόμηση χώρου στις χωματερές, αυτή η τεχνική παραγωγής σκυροδέματος αντιμετωπίζει και ένα άλλο περιβαλλοντικό ζήτημα: τη διατήρηση των πεπερασμένων φυσικών πόρων –περίπου 40 έως 50 δισεκατομμύρια τόνοι άμμου και χαλικιού κάθε χρόνο για χρήση στις κατασκευές.
Όπως ενημερώνει ανάρτηση στην ιστοσελίδα του ΤΕΕ, το πλήρες κείμενο του δημοσιεύματος της έρευνας: Transforming spent coffee grounds into a valuable resource for the enhancement of concrete strength, Rajeev Roychand, Shannon Kilmartin-Lynch, et al., Journal of Cleaner Production, Volume 419, 2023, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.138205, είναι διαθέσιμο εδώ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623023636
