Как можно использовать кофейную гущу? Для создания биоразлагаемых пластиковых изделий

По данным Международной кофейной организации, в мире производится более шести миллионов тонн кофейной гущи. Журнал «Сельское хозяйство и пищевая химия» сообщил в 2012 году, что более половины отработанного кофейного зерна попадает на свалки.

Нановолокна из целлюлозы являются строительными блоками для пластиковых смол, которые можно превратить в биоразлагаемые пластиковые изделия.

Команда YNU во главе с Изуру Кавамура, доцентом Высшей школы инженерных наук, намеревалась развить результаты предыдущих исследований по извлечению целлюлозных нановолокон из кофейной гущи. Они опубликовали свои выводы в журнале Cellulose .

«Наша конечная цель - создать устойчивую систему переработки с нашими целлюлозными нановолокнами в кофейной промышленности», - сказал Кавамура. «В настоящее время все большему количеству ресторанов и кафе запрещено использовать одноразовые соломинки. После этого мы стремимся сделать прозрачную кофейную чашку и соломинку с добавкой, включающей целлюлозные нановолокна, из отработанного кофейного зерна».

Спрос на целлюлозные нановолокна растет во всем мире, поскольку отрасли осознают их потенциал, как более экологически чистого и устойчивого способа производства пластмасс.

«Целлюлозные нановолокна до сих пор производились в основном из древесных материалов, таких как целлюлоза», - сказал Кавамура. «Целлюлозные нановолокна могут потенциально поставляться со всех растений от природы. Мы хотели бы подчеркнуть, что использованная кофейная гуща является перспективным сырьем».

Ключ к извлечению целлюлозных нановолокон из отработанного кофейного зерна лежит в целлюлозе, материале, который содержится в клеточных стенках бобовых и составляет около половины веса и объема их основания.

Команда YNU провела эксперимент по выделению целлюлозных нановолокон из клеточных стенок бобов путем каталитического окисления, процесса, который окисляет клеточные стенки с использованием катализатора. Этот метод ранее представил Акира Исогай из Токийского университета.

Команда исследовала полученные целлюлозные нановолокна с помощью методов визуализации, включающих дифракцию рентгеновских лучей, электронную микроскопию и термогравиметрический анализ - метод наблюдения фундаментальных структурных особенностей целлюлозных нановолокон и сравнения полученных из древесины. Нановолокна из целлюлозы на основе кофе демонстрировали однородность и хорошо интегрировались в поливиниловый спирт, строительный блок для различных промышленных и потребительских товаров. Группа обнаружила, что их средний диаметр составлял 25 нанометров. 

Для справки, человеческий волос имеет диаметр около 90000 нанометров.

По словам Кавамуры, такая согласованность и интеграция с полимерной смолой являются важными вехами, которые демонстрируют потенциал использования целлюлозных нановолокон кофе в качестве заменителя древесины, но необходимы дальнейшие исследования для разработки коммерчески жизнеспособного процесса.

Кавамура считает, что целлюлозные нановолокна могут вскоре сыграть важную роль в автомобильной промышленности, предлагая легкую альтернативу стали и пластику для автомобильных кузовов. Поскольку нормы выбросов продолжают ужесточаться, рынок легковых автомобилей будет расти, что делает целлюлозные нановолокна все более ценным товаром.

«Общий вес пластиковой смолы, изготовленной из целлюлозных нановолокон, очень легкий по сравнению со сталью», - сказал Кавамура. «Это обеспечит эффективное снижение выбросов CO2». 

Смолы, построенные на нановолокнах, также хорошо работают в 3D-печати, что делает их экологически чистой альтернативой пластмассам на нефтяной основе для множества потенциальных продуктов.

Этот новый процесс может быть благом для кофейной промышленности, которая имеет ограниченные возможности для монетизации отработанного кофейного зерна. В некоторых городах существуют программы утилизации, при которых отработанный кофейный молотый материал используется в качестве обогащенного питательными веществами компоста для теплиц и грибных ферм. Другие программы отправляют использованную кофейную гущу в учреждения, производящие биогаз. Но в целом, большая часть кофейной гущи по-прежнему попадает на свалки, пишет EurekAlert.