Специалисты из Корейского института наук о Земле и минеральных ресурсов (KIGAM) создали метод преобразования влажной отработанной кофейной гущи (кофейного жмыха) в высокоэнергетический биоуголь за полторы минуты. Ранее значительная влажность такого материала считалась серьёзным препятствием, так как требовала предварительной затратной по энергии сушки. Учёные из Южной Кореи предложили решение, позволяющее утилизировать кофейные остатки практически сразу после их получения в любом заведении, где варят кофе.
Источник изображений: KIGAM
Новая технология называется пиролизом в пламени плазмы (flame plasma pyrolysis). В отличие от традиционных подходов к переработке биомассы, она способна обрабатывать сырьё с содержанием влаги около 55 % без предварительного высушивания или обезжиривания. Влажная кофейная гуща напрямую поступает в зону плазменного факела при обычном атмосферном давлении.
Устройство использует сжиженный нефтяной газ — комбинацию пропана и бутана — вместе со сжатым воздухом, формируя плазменное пламя при температуре 800–900 °C. При таком нагреве вода внутри частиц мгновенно превращается в пар, создавая внутреннее давление и вызывая микровзрывы, которые называют «эффектом попкорна». В итоге одновременно осуществляются сушка, обугливание и образование пористой структуры. Таким образом, влага, обычно препятствующая пиролизу, здесь, наоборот, помогает процессу.
При наилучших условиях масса исходного материала сокращалась на 83,3 %, а теплотворная способность полученного биоугля достигала 29,0 МДж/кг по сравнению с 21,8 МДж/кг у первоначальной кофейной гущи. Этот показатель близок к характеристикам антрацита. Доля связанного углерода увеличилась почти в три раза — с 15,6 % до 46,2 %, а удельная поверхность материала возросла с 1,5 до 115,4 м²/г. По утверждениям авторов, соединения серы удалялись почти полностью, что должно уменьшать выбросы оксидов серы при сжигании. Кроме того, процесс сопровождался незначительным образованием дыма и смолистых побочных продуктов.
Новый подход к переработке влажной биомассы по своей скорости значительно опережает традиционные методы. В то время как гидротермальная карбонизация обычно длится от одного до шести часов, а торрефикация занимает десятки минут, здесь весь процесс завершается за полторы минуты. По мнению исследователей, данная технология может быть применима не только к кофейной гуще — объем которой в мире превышает 10 миллионов тонн ежегодно, — но и к другим влажным органическим отходам, таким как пищевые остатки, осадки сточных вод и сельскохозяйственная биомасса.
Благодаря компактным размерам и высокой скорости работы установки, переработку можно будет осуществлять непосредственно вблизи источников отходов. Тем не менее, для внедрения технологии в промышленных масштабах потребуется дальнейшая оптимизация как оборудования, так и производственных процессов.
