Исследователи из Корейского института наук о Земле и минеральных ресурсах (KIGAM) изобрели метод, позволяющий всего за 90 секунд превращать влажную спитую кофейную гущу в высококалорийный биоуголь.
Раньше высокая влажность кофейного жмыха была главной проблемой для переработки, так как требовала предварительной и энергозатратной сушки. Новая южнокорейская технология решает эту проблему и позволяет утилизировать отходы практически сразу после сбора в любой кофейне.
Эффект попкорна
Новый метод назвали пиролизом в пламени плазмы (flame plasma pyrolysis). В отличие от классических способов переработки биомассы, эта технология способна работать с сырьем, влажность которого составляет около 55%, без предварительного высушивания или удаления жиров. Влажный кофейный жмых сразу направляется в зону плазменного факела при атмосферном давлении.
Установка функционирует на сжиженном нефтяном газе (смеси пропана и бутана) и сжатом воздухе, генерируя плазменное пламя с температурой от 800 до 900 °C. Из-за резкого нагрева вода внутри кофейных частиц моментально закипает и испаряется. Внутреннее давление провоцирует микровзрывы — так называемый «эффект попкорна». В этот момент одновременно осуществляются сушка, обугливание (карбонизация) и образование пористой структуры материала. Таким образом, влага не мешает пиролизу, а наоборот, помогает процессу.
При подборе оптимальных условий работы вес исходного жмыха сократился на 83,3%, а теплотворная способность полученного биоугля выросла до 29,0 МДж/кг (у сырой кофейной гущи этот показатель составлял 21,8 МДж/кг). Полученный результат сопоставим по свойствам с антрацитом.
Помимо этого, ученые зафиксировали следующие изменения:
- Доля связанного углерода утроилась — показатель вырос с 15,6% до 46,2%;
- Удельная поверхность биоугля увеличилась с 1,5 до 115,4 м²/г;
- Соединения серы были удалены практически полностью, что уменьшит выбросы оксидов серы при горении;
- Выделение дыма и смолистых побочных продуктов оказалось минимальным.
По скорости плазменный пиролиз превосходит другие методы обработки влажной биомассы. Торрефикация занимает десятки минут, а гидротермальная карбонизация — от одного до шести часов, тогда как корейская установка справляется за полторы минуты.
Авторы разработки отмечают, что ежегодно в мире образуется более 10 млн тонн кофейной гущи. Созданную технологию можно использовать не только для нее, но и для прочих влажных органических отходов, например, сельскохозяйственной биомассы, пищевых остатков и осадков сточных вод. Благодаря высокой скорости работы и компактным размерам оборудования, переработку можно развернуть прямо у мест сбора отходов.
При этом исследователи добавляют, что для выхода технологии на промышленный уровень еще необходима дополнительная оптимизация оборудования и процессов.
