تفل القهوة قد يجعل الخرسانة أقوى.. دراسة أسترالية
- باحثون أستراليون يحولون تفل القهوة إلى فحم حيوي يقوي الخرسانة.
- استبدال 15% من الرمل بالفحم الحيوي رفع قوة الخرسانة 29.3%.
- تُسخن القهوة عند 350 درجة مئوية دون أكسجين لإنتاج الفحم الحيوي.
- أستراليا تنتج 75 مليون كغم من تفل القهوة سنوياً، والعالم 10 مليارات كغم.
- انخفاض انبعاثات الكربون 26% عند استخدام 15% فحم حيوي بدل الرمل.
- يُستخدم 50 مليار طن من الرمل سنوياً في البناء، مما يهدد الموارد الطبيعية.
وجد باحثون في جامعة آر إم آي تي الأسترالية أن تفل القهوة يمكن تحويله إلى فحم حيوي. هذا الفحم الحيوي يقوي الخرسانة ويقلل الحاجة إلى الرمل الطبيعي. نُشر البحث في مجلة الإنتاج الأنظف عام 2023.
سخّن الباحثون تفل القهوة إلى 350 درجة مئوية في عملية خالية من الأكسجين. حوّل ذلك التفل إلى مادة تشبه الفحم تُعرف بالفحم الحيوي. ثم استخدم الفحم الحيوي ليحل محل جزء من الرمل الطبيعي في خلطة الخرسانة.
النتائج الرئيسية: قوة خرسانة أعلى بنسبة 29%
تحققت أقوى نتيجة عندما حل الفحم الحيوي محل 15% من الرمل من حيث الحجم. سجلت الخرسانة الناتجة زيادة بنسبة 29.3% في قوة الضغط مقارنة بالخرسانة التقليدية التي تحتوي على رمل عادي.
لا يمكن ببساطة إضافة تفل القهوة الخام إلى الخرسانة. فهو يحتوي على مركبات عضوية قد تتداخل مع عملية تصلب الإسمنت وتضعف المادة الناتجة. لذلك، لجأ الفريق إلى التسخين بدرجة 350 درجة مئوية دون أكسجين، مما يحوّل المادة إلى فحم بدلاً من حرقها.
| نسبة استبدال الرمل | زيادة قوة الضغط | خفض انبعاثات الكربون |
|---|---|---|
| 5% | – | 15% |
| 10% | – | 23% |
| 15% | 29.3% | 26% |
حل لمشكلتين بيئيتين في آن واحد
يعالج هذا النهج تحديين بيئيين في وقت واحد: التخلص من النفايات العضوية والطلب المتزايد على الرمل الطبيعي في البناء. تنتج أستراليا ما يقدر بـ 75 مليون كيلوغرام من نفايات القهوة المطحونة كل عام. يُلقى الكثير منها في مكبات النفايات. يقدر الرقم العالمي بحوالي 10 مليارات كيلوغرام.
على الرغم من أن الرمل قد يبدو وفيراً، إلا أن النوع المطلوب للخرسانة يتعرض لضغوط متزايدة. رمال الصحراء ناعمة ومستديرة للغاية، مما يجعلها غير فعالة في الخرسانة. لذلك يعتمد البناء غالباً على الرمل الزاوي المستخرج من الأنهار ومصادر أخرى.
لماذا تهم درجة الحرارة
وجد الباحثون أن درجة الحرارة المستخدمة لإنتاج الفحم الحيوي تؤثر على أدائه. الفحم الحيوي المنتج عند 350 درجة مئوية أدى أداءً أفضل من المادة المنتجة عند 500 درجة مئوية. أظهر التحليل المجهري أن الفحم الحيوي المنتج عند درجة حرارة أعلى كان أكثر مسامية ويعاني من تشققات دقيقة واسعة النطاق. ويرجع الباحثون ذلك إلى التدهور الحراري الأكبر.
خفض انبعاثات الكربون واستخدام الوقود الأحفوري
أظهر تقييم دورة الحياة انخفاضاً في انبعاثات الكربون بنسبة 15% و23% و26% عند استبدال 5% و10% و15% من الرمل بالفحم الحيوي على التوالي. كما انخفض استخدام الوقود الأحفوري أيضاً.
البحث لا يزال في مرحلة مبكرة
النتائج واعدة، لكنها لا تثبت بعد أن خرسانة الفحم الحيوي من القهوة جاهزة للاستخدام الواسع في البناء. أجري البحث على نطاق مخبري. قوة الضغط هي مجرد خاصية واحدة من الخصائص التي يأخذها المهندسون في الاعتبار عند تقييم الخرسانة.
لا تزال متانة الخرسانة على المدى الطويل سؤالاً مهماً. يجب أن تتحمل الخرسانة المستخدمة في الهياكل الحقيقية سنوات من التعرض للظروف البيئية المتغيرة والأحمال المتكررة. يحتاج الباحثون إلى تحديد أداء خرسانة الفحم الحيوي من القهوة على مدى فترات أطول وفي ظروف واقعية.
انتقل الفريق بالفعل إلى ما هو أبعد من الاختبارات المخبرية من خلال تجربة ممر خرساني من القهوة. تشمل الأبحاث المستقبلية فحص المتانة طويلة المدى، وتباين خصائص تفل القهوة، والاتساق أثناء الإنتاج على نطاق واسع، وما إذا كانت الطاقة المطلوبة لإنتاج الفحم الحيوي تظل مجدية بيئياً واقتصادياً على نطاق واسع.
