پژوهشگران استرالیایی دریافتند که تفاله‌های قهوه پس از حرارت دیدن و تبدیل شدن به زغال زیستی، می‌توانند مقاومت بتن را تا ۳۰ درصد افزایش دهند. هر سال حدود ۱۰ میلیارد کیلوگرم پسماند قهوه در سراسر جهان تولید می‌شود که بخش عمده آن سر از محل‌های دفن زباله درمی‌آورد. راجیو رویچند، مهندس دانشگاه RMIT، هنگام انتشار
پژوهشگران استرالیایی دریافتند که تفاله‌های قهوه پس از حرارت دیدن و تبدیل شدن به زغال زیستی، می‌توانند مقاومت بتن را تا ۳۰ درصد افزایش دهند.
هر سال حدود ۱۰ میلیارد کیلوگرم پسماند قهوه در سراسر جهان تولید می‌شود که بخش عمده آن سر از محل‌های دفن زباله درمی‌آورد.
راجیو رویچند، مهندس دانشگاه RMIT، هنگام انتشار نخستین نتایج این پژوهش در سال ۲۰۲۳، درباره پیامدهای زیست‌محیطی این مسئله گفت:
دفع پسماندهای آلی یک چالش زیست‌محیطی به شمار می‌رود، زیرا مقادیر زیادی گاز گلخانه‌ای، از جمله متان و دی‌اکسید کربن، آزاد می‌کند که در تغییرات اقلیمی نقش دارند.
از سوی دیگر، گسترش بازار ساخت‌وساز در جهان، تقاضا برای بتن را که تولید آن به منابع طبیعی زیادی نیاز دارد، افزایش داده و مشکلات زیست‌محیطی دیگری به وجود آورده است.
جیه لی، مهندس دانشگاه RMIT، درباره پیامدهای استخراج شن برای صنعت ساختمان‌سازی گفت:
برداشت مداوم شن طبیعی در سراسر جهان، که معمولاً از بستر و کناره‌های رودخانه‌ها انجام می‌گیرد، برای پاسخ‌گویی به نیازهای روزافزون صنعت ساخت‌وساز، تأثیرات گسترده‌ای بر محیط زیست دارد.
او همچنین با اشاره به محدودیت منابع طبیعی و پیامدهای استخراج شن، بر اهمیت استفاده مجدد از مواد تأکید کرد:
به دلیل محدودبودن منابع و آثار زیست‌محیطی استخراج شن، تأمین پایدار این ماده با چالش‌های جدی و بلندمدت روبه‌روست. با بهره‌گیری از اقتصاد چرخشی می‌توانیم از ورود پسماندهای آلی به محل‌های دفن زباله جلوگیری کنیم و در عین حال، منابع طبیعی مانند شن را بهتر حفظ کنیم.
چگونه تفاله قهوه بتن را مقاوم‌تر می‌کند؟
تفاله قهوه و سایر مواد آلی را نمی‌توان مستقیماً به بتن اضافه کرد، زیرا این مواد ترکیبات شیمیایی آزاد می‌کنند که استحکام مصالح ساختمانی را کاهش می‌دهند.
برای حل این مشکل، پژوهشگران تفاله‌های قهوه را در شرایط کم‌اکسیژن و با استفاده از انرژی نسبتاً کم، تا دمای بیش از ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد، معادل حدود ۶۶۰ درجه فارنهایت، حرارت دادند.
این فرایند که پیرولیز نام دارد، مولکول‌های آلی را تجزیه می‌کند و ماده‌ای متخلخل و سرشار از کربن به نام زغال زیستی به وجود می‌آورد. این ماده می‌تواند با ساختار سیمان پیوند برقرار کند و در نتیجه، به بخشی از ماتریس سیمانی تبدیل شود.
رویچند و همکارانش همچنین تفاله قهوه را در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد حرارت دادند، اما ذرات زغال زیستی حاصل از این فرایند استحکام کمتری داشتند.
با وجود نتایج امیدوارکننده، پژوهشگران تأکید کردند که هنوز باید دوام بلندمدت بتن تولیدشده با این روش را بررسی کنند. آن‌ها اکنون عملکرد بتن ترکیبی حاوی زغال زیستی قهوه را در شرایط مختلف، از جمله چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب، جذب آب، سایش و سایر عوامل تنش‌زا آزمایش می‌کنند.
گروه پژوهشی همچنین در حال بررسی امکان تولید زغال زیستی از منابع دیگر پسماندهای آلی، از جمله چوب، مواد غذایی و ضایعات کشاورزی است. شانون کیلمارتین-لینچ، مهندس دانشگاه RMIT، درباره اهمیت نتایج اولیه این پروژه گفت:
پژوهش ما هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد، اما این یافته‌های امیدوارکننده راهکاری نوآورانه برای کاهش چشمگیر میزان پسماندهای آلی دفن‌شده ارائه می‌دهند.
او همچنین درباره دیدگاه بومیان نسبت به حفاظت از محیط زیست و منابع طبیعی توضیح داد:
الهام‌بخش پژوهش من از دیدگاه بومیان، مراقبت از سرزمین است؛ یعنی اطمینان از اینکه همه مواد چرخه عمر پایداری داشته باشند و از انتقال آن‌ها به محل‌های دفن زباله جلوگیری شود تا آسیب‌های زیست‌محیطی به حداقل برسند.
آزمایش میدانی بتن قهوه
در سال ۲۰۲۴، دانشگاه RMIT و شورای منطقه‌ای مقدونیه در ایالت ویکتوریا، نخستین آزمایش میدانی در نوع خود را اجرا کردند. در این پروژه، بخشی از یک پیاده‌رو در شهر گیسبورن با بتن حاوی زغال زیستی قهوه ساخته شد. در کنار آن، بخشی با زغال زیستی حاصل از تراشه‌های چوب و بخش دیگری با بتن معمولی برای مقایسه در نظر گرفته شد.
در ادامه همان سال، پروژه زیرساختی بیگ بیلد ویکتوریا از بتن حاوی زغال زیستی قهوه برای ساخت پیاده‌رویی در طرح ارتقای جاده‌های پاکنهام استفاده کرد. این پروژه نخستین طرح بزرگ زیرساختی به شمار می‌رفت که از این نوع بتن بهره می‌برد.
شرکت پیمانکار بیلدگروپ برآورد کرد که اجرای این پروژه از دفن تفاله‌های حاصل از حدود ۱۴۰ هزار فنجان قهوه جلوگیری کرده و بیش از ۳ تن شن طبیعی را حفظ کرده است.
در اوایل سال ۲۰۲۵، گروه پژوهشی دانشگاه RMIT جایزه انتخاب مردمی حل مسئله را در جوایز شکل‌دهی آینده استرالیا که از سوی دانشگاه‌های استرالیا برگزار می‌شود، دریافت کرد. اعضای تیم همچنین اعلام کردند که با یک شریک تجاری‌سازی همکاری دارند تا توجیه اقتصادی عرضه این ماده به بازار را بررسی کنند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی Journal of Cleaner Production منتشر شده است.