澳洲墨爾本皇家理工大學(Royal Melbourne Institute of Technology)研究團隊將廢棄的咖啡渣(SCG)放入無氧環境中進行熱裂解,使其轉變成生物炭後加入水泥中,可增加混凝土強度近30%。研究成果已發表在《清潔生產期刊》(Journal of Cleaner Production)。
咖啡渣屬於有機廢物,未經轉換直接添加在水泥中,不僅降低水泥顆粒的水化反應,也會影響混凝土抗壓強度。
研究人員將咖啡渣分別放入350°C和500°C的無氧環境中,進行熱裂解煅燒2小時產生生物炭,並將生物炭以不同比例混入水泥中取代沙子,結果發現350°C產生的生物炭,以15%比率混入水泥中,混凝土抗壓強度增加近30%;500°C產生的生物炭,也以15%比率混入水泥中,混凝土抗壓強度增加22.9%。
研究還發現,加入的生物炭比率越高,混凝土抗壓強度增加的比率越小。
通過多種儀器檢測發現,500°C產生的生物炭,碳、氮、硫含量最高,350°C生物炭次之。另外,咖啡渣生物炭金屬礦物質含量大多高於未處理的咖啡渣。
研究人員還觀察到,咖啡渣在熱裂解後會產生多孔結構,這種結構會隨著熱裂解的溫度升高而增加,讓水泥漿更容易滲入多孔生物炭材料中,進而增強混凝土的強度。
墨爾本皇家理工大學基爾馬丁-林奇(Kilmartin-Lynch)博士說,「混凝土行業能為咖啡渣等有機廢物的回收,做出重大的貢獻。雖然我們的研究還處於早期階段,但這項新發現提供了創新方法,可以減少它們進入垃圾場。」
目前全球建築每年使用的天然砂約500億噸。該研究團隊的組長李傑(音譯,Jie Li)表示,這些沙子通常是從河床和河岸開採,但過度開採已經嚴重破壞環境,咖啡渣生物炭可替代部分沙子,減少環境破壞。◇