Революция в производстве бетона: Повышение прочности и устойчивости бетона с помощью кофейной гущи

Австралийские ученые обнаружили, что при добавлении в бетон обугленной кофейной гущи прочность материала увеличивается на 30%. Этот инновационный рецепт позволяет не только решить проблему кофейных отходов, ежегодный объем которых в мире достигает 10 млрд. кг, но и решить экологические проблемы, связанные с ресурсоемким производством бетона.

Нельзя игнорировать и экологические последствия утилизации органических отходов. "Утилизация органических отходов представляет собой экологическую проблему, поскольку при этом выделяется большое количество парниковых газов, включая метан и углекислый газ, которые способствуют изменению климата, - поясняет инженер Университета RMIT Раджив Ройчанд. Благодаря повторному использованию кофейных отходов, данное исследование предлагает устойчивое решение, позволяющее сократить количество органических отходов, оказывающихся на свалках.

В то же время растущий спрос на бетон в строительной отрасли создает нагрузку на такие природные ресурсы, как песок. Добыча песка из русел и берегов рек имеет значительные экологические последствия. Инженер RMIT Цзе Ли подчеркивает необходимость применения подхода, основанного на циркулярной экономике, для сохранения природных ресурсов и снижения негативных последствий добычи песка.

Однако включение органических отходов непосредственно в бетон нецелесообразно из-за выделяемых ими химических веществ, которые ослабляют прочность материала. Чтобы решить эту проблему, исследователи применили низкоэнергетический процесс, называемый пиролизом. Нагрев кофейные отходы до температуры более 350°C (около 660°F) в условиях недостатка кислорода, они смогли расщепить органические молекулы и получить пористый, богатый углеродом древесный уголь, называемый биочаром. Этот биоуголь может связываться с цементной матрицей, повышая прочность бетона.

Исследователи экспериментировали с различными температурами пиролиза и обнаружили, что нагрев кофейной гущи при 500°C не дает частиц биоугля такой прочности, как при 350°C. Этот вывод подчеркивает важность оптимизации процесса пиролиза для достижения желаемых результатов.

Несмотря на многообещающие результаты, долгосрочная прочность кофейно-цементного гибрида требует дальнейшей оценки. В настоящее время команда проводит испытания для оценки его характеристик при различных стрессовых воздействиях, таких как циклы замораживания/оттаивания, водопоглощение и истирание. Кроме того, они изучают возможность получения биошара из других органических отходов, включая древесину, пищевые и сельскохозяйственные отходы.

Инженер RMIT Шеннон Килмартин-Линч подчеркивает важность этих исследований для уменьшения количества органических отходов на свалках. "Наши исследования находятся на ранней стадии, но эти интересные результаты предлагают инновационный способ значительно сократить количество органических отходов, попадающих на свалки, - говорит она. Такой подход согласуется с концепцией коренных народов "Забота о стране", в которой особое внимание уделяется устойчивому жизненному циклу всех материалов и минимизации воздействия на окружающую среду.

Исследование, проведенное группой, было опубликовано в журнале Journal of Cleaner Production, что еще больше подтверждает его научную достоверность и вклад в развитие практики устойчивого строительства.