Każdego dnia na świecie wypijane są miliardy filiżanek kawy, a po nich zostają tony fusów. Najczęściej kończą na wysypiskach albo są spalane. Naukowcy z Korei Południowej pokazali jednak, że ten pozornie zwykły odpad może dostać drugie życie. Z fusów po kawie stworzyli materiał termoizolacyjny, który w testach osiągnął parametry porównywalne z popularnymi materiałami stosowanymi w budownictwie.
Fusy po kawie jako izolacja budynków. Skąd wziął się ten pomysł?
Kawa jest jednym z najpopularniejszych napojów na świecie. Według przytoczonych danych każdego dnia wypijanych jest około 2,25 miliarda filiżanek kawy. To oznacza ogromną ilość odpadów, które w większości nie są w żaden sposób wykorzystywane.
Fusy po kawie zwykle trafiają do śmieci, są zakopywane albo spalane. Problem w tym, że taki sposób postępowania z odpadami nie jest obojętny dla środowiska. Dlatego naukowcy coraz częściej sprawdzają, czy pozostałości po parzeniu kawy można wykorzystać w bardziej praktyczny sposób.
Badacze z Uniwersytetu Narodowego Jeonbuk w Korei Południowej postanowili sprawdzić, czy fusy po kawie mogą stać się podstawą ekologicznego materiału izolacyjnego. Efekt okazał się obiecujący: powstał kompozyt, który dobrze zatrzymuje ciepło, a jednocześnie bazuje na odpadach i może ulegać biodegradacji.
Jak z fusów po kawie powstał materiał izolacyjny?
Proces nie polegał po prostu na wysuszeniu fusów i włożeniu ich do ściany. Naukowcy przygotowali materiał w kilku etapach.
Najpierw fusy suszono przez tydzień w temperaturze 80 stopni Celsjusza. Potem poddano je działaniu znacznie wyższych temperatur, aby uzyskać biowęgiel, czyli materiał bogaty w węgiel.
Następnie biowęgiel potraktowano rozpuszczalnikami uznawanymi za bardziej przyjazne środowisku: wodą, etanolem i glikolem propylenowym. Potem połączono go z naturalnym polimerem, etylocelulozą. Na końcu mieszaninę sprasowano i podgrzano, tworząc gotowy materiał kompozytowy.
Ważną rolę odgrywa tu porowata struktura. Pory zatrzymują powietrze, a powietrze jest dobrym izolatorem ciepła. Dzięki temu materiał ogranicza przenikanie energii cieplnej.
Dlaczego przewodność cieplna ma znaczenie?
W izolacji najważniejsze jest to, jak dobrze materiał zatrzymuje ciepło. Opisuje to parametr nazywany przewodnością cieplną. Im niższa wartość, tym lepiej materiał izoluje.
Materiały o przewodności cieplnej poniżej 0,07 wata na metr na kelwin uznaje się za izolatory. Najlepsza wersja kompozytu stworzonego z fusów po kawie osiągnęła wynik około 0,04 wata na metr na kelwin.
To bardzo dobry rezultat. Według badaczy właściwości nowego materiału mogą dorównywać styropianowi, który jest jednym z popularnych materiałów izolacyjnych stosowanych w budownictwie.
Test pod ogniwem słonecznym pokazał różnicę
Naukowcy sprawdzili materiał także w prostym eksperymencie laboratoryjnym. Umieścili różne materiały izolacyjne pod ogniwem słonecznym i mierzyli temperaturę powietrza w małej komorze znajdującej się poniżej.
Chodziło o sprawdzenie, czy izolacja może ograniczyć przenikanie nadmiaru ciepła z paneli słonecznych na dach i dalej do wnętrza budynku. Model był niewielki, laboratoryjny, ale dobrze pokazywał samą zasadę działania.
Wariant z materiałem na bazie fusów po kawie pozostawał chłodniejszy niż wersja bez takiej izolacji. To sugeruje, że podobne rozwiązania mogłyby w przyszłości pomagać w ograniczaniu nagrzewania się budynków, zwłaszcza tam, gdzie na dachach pracują panele fotowoltaiczne.
Ekologiczna przewaga nad styropianem
Najciekawsza różnica między nowym materiałem a styropianem dotyczy nie tylko izolacji, ale też pochodzenia i utylizacji.
Styropian, czyli polistyren, jest syntetycznym polimerem wytwarzanym z paliw kopalnych. Jego produkcja oraz późniejsze usuwanie są problematyczne dla środowiska. Materiał opracowany przez zespół z Korei Południowej powstaje natomiast z odpadu organicznego, którego i tak produkujemy ogromne ilości.
W testach biodegradowalności kompozyt kawowy stracił ponad 10 procent masy po trzech tygodniach. Polistyren w tym samym czasie praktycznie się nie zmienił.
To nie znaczy jeszcze, że materiał z fusów natychmiast zastąpi styropian w budownictwie. Pokazuje jednak kierunek, który może mieć duże znaczenie: tworzenie użytecznych materiałów z odpadów, zamiast ciągłego produkowania nowych tworzyw z surowców kopalnych.
Odpady, które mogą stać się surowcem
Fusy po kawie są już badane pod kątem różnych zastosowań. Naukowcy sprawdzają między innymi ich wykorzystanie w betonie, nawierzchniach, oczyszczaniu środowiska z herbicydów czy pozyskiwaniu związków przydatnych w farmacji.
Nowe badanie dopisuje do tej listy kolejną możliwość: izolację cieplną. To dobrze wpisuje się w ideę gospodarki o obiegu zamkniętym, czyli takiego podejścia, w którym odpady nie są końcem procesu, lecz początkiem czegoś nowego.
Zamiast wyrzucać zużyte fusy, można potraktować je jako tani, powszechnie dostępny surowiec. A jeśli z takiego odpadu da się stworzyć materiał o parametrach zbliżonych do komercyjnych izolatorów, to temat zdecydowanie zasługuje na uwagę.
Zakończenie
Odkrycie naukowców z Korei Południowej pokazuje, że nawet zwykłe fusy po kawie mogą mieć znacznie większy potencjał, niż mogłoby się wydawać. Z odpadu, który najczęściej trafia do kosza, udało się stworzyć materiał izolacyjny o dobrych właściwościach cieplnych i lepszej biodegradowalności niż tradycyjny polistyren.
Na razie mówimy o badaniach laboratoryjnych, a nie o produkcie gotowym do masowego użycia. Mimo to kierunek jest bardzo ciekawy. Jeśli podobne materiały uda się rozwijać i produkować na większą skalę, fusy po kawie mogą kiedyś pomagać nie tylko w parzeniu porannego espresso, ale też w chłodzeniu i izolowaniu naszych domów.
Badania opublikowano w czasopiśmie Biochar .