Відпрацьована кавова гуща може стати цінним ресурсом для виробництва біопалива, а не сміттям. Команда з Університету Ровіра і Віргілі (Universitat Rovira i Virgili, URV) розробила ефективний спосіб вилучати з кавових відходів олію для потенційного біодизеля, зберігаючи при цьому решту матеріалу для інших видів відновлюваного палива та корисних хімічних речовин. Про це повідомляє ScienceDaily.
Щороку у світі виробляють близько 10 мільйонів тонн кавових зерен, але у чашку потрапляє лише невелика частина речовини. Основна маса стає твердими відходами. Ці залишки містять приблизно 15% ліпідів (жирів), які можна використати як сировину для отримання біодизеля. Нова робота показує, як робити це простіше й економічніше.
Як оптимізували видобуток олії з кавової гущі
Щоб знайти найкращий спосіб вилучення жиру, дослідники Хорхе Ф. Ромеро (Jorge F. Romero), Альберто Тампʼєрі (Alberto Tampieri), Даніель Монтане (Daniel Montané), Магдалена Константі (Magdalena Constantí) та Франсеск Медіна (Francesc Medina) з кафедри хімічної інженерії URV вивчили три ключові параметри процесу:
- температуру екстракції;
- тривалість обробки;
- співвідношення розчинника до маси кавових залишків.
Як розчинник команда використала н-гексан (n-hexane) — поширену сполуку для відділення жирів від іншої сировини. У серії експериментів вони змінювали температуру, час екстракції та кількість гексану, аналізуючи, як це впливає на вихід олії та її якість.
Оптимальні умови виявилися відносно мʼякими: 45 °C протягом 60 хвилин при використанні 35 мілілітрів гексану на грам сухого залишку. У цих умовах вдалося отримати приблизно 90% того об’єму олії, який дає класичний лабораторний метод Сокслета, відомий дуже високими виходами.
Метод Сокслета, хоча й ефективний, зазвичай потребує більше часу й енергії та гірше підходить для масштабування в промислових обсягах. Натомість оптимізований батч-процес із гексаном дає порівняний вихід за менших витрат.
Чистіша олія і придатний для переробки залишок
Нова методика дала не лише високий вихід, а й більш чисту олію. Кількість домішок у ній становила лише близько 0,3%, тоді як при екстракції за методом Сокслета — 3,9%. Хімічний аналіз показав, що склад жирних кислот майже не змінюється за різних умов екстракції: найбільшу частку становлять лінолева та пальмітинова кислоти. Така композиція добре підходить для використання олії як компонента біодизеля.
Однак дослідників цікавила не тільки олія. Важливим завданням було зберегти структуру решти кавового матеріалу — так званої лігноцелюлозної матриці. Вона містить целюлозу, геміцелюлозу та лігнін — речовини, з яких можна виробляти біоетанол, молочну кислоту, полігідроксиалканоати, фенольні сполуки та інші хімікати, а також компоненти для сталого авіаційного палива.
Видалення жирів може навіть полегшити подальшу переробку. Ліпіди утворюють свого роду барʼєр, який заважає розчинникам і каталізаторам проникати до інших корисних компонентів рослинної сировини. Команда URV показала, що їхня процедура вилучення олії майже не змінює базову структуру біомаси, роблячи залишок більш придатним для наступних стадій перетворення.
Таким чином, один процес виконує одразу дві функції: забезпечує джерело сировини для біодизеля та одночасно готує кавову гущу до перетворення на інші види пального й біохімікати.
Чому проста технологія виявилася кращою за «просунуті»
Дослідники також перевірили, чи можуть сучасніші методи екстракції працювати краще. Вони випробували технології з використанням ультразвуку та мікрохвиль, які здатні прискорювати початкові стадії видобутку олії.
Хоча такі методи справді швидше стартують, загальна картина виявилася не настільки переконливою. Коли команда оцінила чистоту олії, ефективність екстракції, енерговитрати та придатність до масштабування, саме звичайний батч-процес із н-гексаном за помірних умов став найбільш збалансованим варіантом.
Це поєднання простоти, енергоефективності та технологічної реалістичності може зробити метод привабливим для біорафінерій — підприємств, які перетворюють біологічну сировину на паливо, хімікати та інші продукти.
Кавові відходи у циркулярній економіці
Робота команди URV вписується в концепцію циркулярної економіки, де відходи розглядаються як ресурс, що може приносити додаткову цінність. Це особливо актуально для енергетично «важких» секторів, які складно електрифікувати, зокрема важкий транспорт.
Максимальне використання як витягнутої олії, так і знежиреної кавової гущі дозволяє одночасно скорочувати кількість відходів і розширювати перелік доступних матеріалів для стійкого виробництва палива.
За словами Даніеля Монтане, одна з головних цілей полягає в тому, щоб перетворити типовий маловикористовуваний відхід на «різні енергетичні вектори та біоорієнтовані хімічні продукти» і зменшити екологічний слід, пов’язаний із його накопиченням.
Результати дослідження свідчать, що кавова гуща, яку нині зазвичай просто викидають, може стати важливою сировиною для виробництва відновлюваного пального й інших цінних матеріалів. Таким чином, звичний побутовий відхід отримує несподівано широкий спектр промислових застосувань.