Исследователи из Южной Кореи разработали новый теплоизоляционный материал на основе использованной кофейной гущи. По эффективности он оказался сопоставим с коммерческими утеплителями, применяемыми в строительстве, но при этом производится из отходов и способен разлагаться естественным образом, пишет ScienceAlert.
Авторы исследования отмечают, что ежегодно в мире образуются огромные объемы кофейных отходов. Ежедневно люди выпивают около 2,25 миллиарда чашек кофе, а использованная гуща чаще всего отправляется на свалки или сжигается. Оба способа утилизации создают дополнительную нагрузку на окружающую среду.
Ученые все чаще ищут способы повторного использования кофейных отходов. Ранее их уже предлагали добавлять в бетон и дорожные покрытия, использовать для удаления загрязняющих веществ из воды, а также для получения новых химических соединений.
В новом исследовании специалисты из Национального университета Чонбук решили проверить, можно ли использовать кофейную гущу как основу для утеплителя.
Сначала использованную гущу сушили в печи при температуре 80 градусов Цельсия в течение недели. Затем материал подвергали нагреву при значительно более высокой температуре, получая так называемый биоуголь — углеродистое вещество с пористой структурой.
После этого биоуголь обрабатывали экологичными растворителями — водой, этанолом и пропиленгликолем. Затем его смешивали с натуральным полимером этилцеллюлозой. На финальном этапе смесь прессовали и нагревали, формируя готовый композитный материал.
Ключевую роль в свойствах утеплителя играют поры внутри структуры. Они удерживают воздух, который является хорошим барьером для теплопередачи. Именно поэтому пористые материалы широко используются в теплоизоляции.
Испытания показали, что коэффициент теплопроводности лучшего образца составил 0,04 ватта на метр на кельвин. Для сравнения: материалы с показателем ниже 0,07 обычно считаются хорошими теплоизоляторами.
По эффективности новый материал оказался сопоставим с пенополистиролом — одним из самых распространенных утеплителей в строительстве. Однако пенополистирол производится из нефтепродуктов и плохо разлагается после использования.
В тестах на биоразложение кофейный утеплитель потерял более 10 процентов массы всего за три недели. Пенополистирол за то же время практически не изменился.
Исследователи также провели модельный эксперимент с солнечными панелями. Новый материал размещали под солнечным элементом, чтобы проверить, насколько хорошо он препятствует передаче тепла вниз. Вариант с кофейным утеплителем стабильно сохранял более низкую температуру под конструкцией.
По мнению авторов, такую разработку можно использовать в зданиях, особенно на крышах с солнечными панелями, где важно уменьшить нагрев внутренних помещений.
Ученые считают, что технология может стать примером экономики замкнутого цикла, когда отходы превращаются в полезный продукт. Это позволяет одновременно снижать объемы мусора и создавать более экологичные строительные материалы.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Biochar.