تحويل تفل القهوة إلى مادة خام لإنتاج الوقود الحيوي

• طوّر باحثون طريقة فعالة لاستخلاص الزيت من تفل القهوة لإنتاج الديزل الحيوي.
• الظروف المثلى: درجة حرارة 45°C لمدة 60 دقيقة مع 35 مل من الهكسان لكل غرام من المخلفات الجافة.
• تستعيد العملية حوالي 90% من الزيوت المتوفرة في تفل القهوة.
• يحتوي الزيت المستخلص على نسبة شوائب منخفضة جدًا 0.3% مقابل 3.9% في الطرق التقليدية.
• يمكن استخدام المواد المتبقية (السليلوز واللجنين) في إنتاج الإيثانول الحيوي والأحماض العضوية.
• يُنتج العالم حوالي 10 ملايين طن من مخلفات القهوة سنويًا.
• تدعم العملية الاقتصاد الدائري وإنتاج الوقود المتجدّد للقطاعات الصعبة كهربة.

يمكن أن يحظى تفل القهوة بحياة ثانية. عادةً ما يتم التخلص منه بعد التخمير. ومع ذلك، وجد باحثون طريقة فعالة لاستخلاص الزيت منه. يمكن أن يكون هذا الزيت مادة خام لإنتاج الديزل الحيوي.

دراسة من جامعة روفيرا آي فيرجيلي قيّمت كيفية استخلاص الزيت من تفل القهوة بكفاءة. تحافظ العملية على باقي المواد النباتية. هذا يسمح باستخدامها في عمليات أخرى أيضًا.

الدراسة البحثية

نُشر البحث في مجلة الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية. يركز على تفل القهوة كنفايات وفيرة. يبلغ الإنتاج العالمي من حبوب القهوة حوالي 10 ملايين طن سنويًا. نسبة صغيرة فقط تصل إلى القهوة المخمّرة. الباقي يصبح نفايات صلبة على شكل تفل القهوة.

يحتوي تفل القهوة على حوالي 15% من الدهون. يمكن أن تكون هذه الدهون أساسًا لإنتاج الديزل الحيوي. درس الفريق البحثي كيفية تأثير ثلاثة عوامل رئيسية على استخلاص الزيت: درجة الحرارة، وقت المعالجة، ونسبة المذيب إلى تفل القهوة. استخدموا الهكسان كمذيب وطبقوا تصميمًا تجريبيًا لتحليل التأثيرات المجمعة.

النتائج الرئيسية

وجد الفريق البحثي، الذي ضم خورخي إف روميرو وألبرتو تامبيري ودانيال مونتان وماجدالينا كونستانتي وفرانسيسك ميدينا، أن الظروف المثلى هي 45°C لمدة 60 دقيقة. نسبة 35 مل من الهكسان لكل غرام من المخلفات الجافة كانت الأكثر فعالية. بهذه المعايير، تستعيد العملية حوالي 90% من الزيت الذي يمكن الحصول عليه بطريقة سوكسلت.

طريقة سوكسلت هي تقنية مخبرية مستخدمة على نطاق واسع كمرجع. تقدم عوائد عالية ولكنها تتطلب وقتًا وطاقة أكبر. كما أنها ليست مناسبة للتطبيقات الصناعية. تنتج العملية المُحسَّنة زيتًا بمحتوى شوائب منخفض جدًا 0.3%. في المقابل، تنتج طريقة سوكسلت زيتًا بنسبة شوائب 3.9%. ظل ملف الأحماض الدهنية مستقرًا تحت ظروف اختبار مختلفة. كان يهيمن عليه حمض اللينوليك وحمض البالمتيك. تشير هذه المكونات إلى إمكانات الزيت لإنتاج الديزل الحيوي.

ما وراء الزيت: الحفاظ على المصفوفة الليغوسليلوزية

أشار فرانسيسك ميدينا إلى أن استخلاص الزيت لا يعني عدم إمكانية استخدام بقية المواد. كان أحد أهداف البحث هو الحفاظ على المصفوفة الليغوسليلوزية. تتكون هذه المصفوفة من مكونات مثل السليلوز والهيميسليلوز واللجنين.

يمكن استخدام هذه المكونات للحصول على منتجات أخرى. تشمل الإيثانول الحيوي وحمض اللاكتيك والبولي هيدروكسي ألكانويات وسلائف وقود الطيران المستدام والمركبات الفينولية. لا تستعيد عملية الاستخلاص الزيوت فحسب، بل تعمل أيضًا كمعالجة مسبقة. يمكن أن تمنع الدهون الموجودة في المخلفات المذيبات أو المحفزات من الوصول إلى باقي الكتلة الحيوية. تؤدي إزالة هذا الحاجز إلى ترك المخلفات الخالية من الدهون في حالة أفضل للاستخدام اللاحق.

المقارنة مع الطرق الأخرى

قارن الفريق البحثي طريقتهم مع الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية والميكروويف. يمكن لهذه البدائل تسريع الاستخلاص الأولي. ومع ذلك، لا تقدم ميزة كافية من حيث جودة الزيت والكفاءة الإجمالية واستهلاك الطاقة وقابلية التوسع. تبدو عملية الدُفعات مع الهكسان تحت ظروف معتدلة خيارًا أفضل وأكثر توازنًا. إنها أكثر ملاءمة للدمج في استراتيجية التكرير الحيوي.

الاقتصاد الدائري والوقود المتجدد

يدرج البحث ضمن جهود تطوير تقنيات الاقتصاد الدائري. يعالج الحاجة إلى تطوير وقود متجدد للقطاعات التي يصعب كهربتها، مثل النقل الثقيل. باستخدام كل جزء من تفل القهوة، يحوّل الباحثون نفايات غير مستغلة إلى نواقل طاقة متنوعة ومنتجات كيميائية حيوية. يقلل هذا من الأثر البيئي المرتبط بتراكمها.

أوضح دانيال مونتان أن هذا النهج يمهد الطريق للإنتاج المستدام للوقود الحيوي. يوضح البحث كيف يمكن لمخلفات القهوة أن تصبح موردًا قيمًا بدلاً من عبء بيئي.

الآثار على صناعة القهوة

لهذا البحث آثار كبيرة على صناعة القهوة. يقدم طريقة لتقليل النفايات وتوليد قيمة إضافية من إنتاج القهوة. يمكن لمحمصي القهوة والمقاهي ومنتجي القهوة الفورية الاستفادة من هذه التقنية. يمكن توسيع نطاق العملية للتطبيقات الصناعية، وتحويل النفايات إلى مصدر دخل.

يتوافق نهج الاقتصاد الدائري مع الطلب المتزايد من المستهلكين على الممارسات المستدامة. يمكن لشركات القهوة تعزيز مصداقيتها في الاستدامة من خلال تبني هذه التقنيات. يساهم البحث أيضًا في تقليل الأثر البيئي لإنتاج القهوة.

الأسئلة الشائعة