Kávová usadenina v stenách domu? Vedci z nej vytvorili nový izolant, ktorý sa výkonom priblížil polystyrénu
Vedci premenili kávovú usadeninu na biodegradovateľný izolačný materiál, ktorý sa výkonom priblížil polystyrénu. Nový kompozit môže nájsť využitie v budovách, obaloch aj doprave.
Každý deň sa na svete vypije viac ako dve miliardy šálok kávy. Väčšina kávovej usadeniny končí na skládkach, kde môže prispievať k uvoľňovaniu metánu a oxidu uhličitého. Vedci však našli spôsob, ako tento odpad premeniť na účinný izolačný materiál. Na tému upozornil server newatlas.com.
Výskumníci zo Shenyang Agricultural University v Číne vyvinuli biodegradovateľný kompozit z použitej kávovej usadeniny a prírodného polyméru. Nový materiál ponúka tepelnú izoláciu porovnateľnú s komerčným expandovaným polystyrénom, pričom je z pohľadu životného prostredia výrazne šetrnejší.
„Kávový odpad sa produkuje vo veľkom meradle po celom svete, no väčšina z neho končí na skládkach alebo sa spaľuje. Naša práca ukazuje, že tento odpad, ktorého vzniká obrovské množstvo, možno využiť na výrobu vysokokvalitného materiálu, ktorý je rovnako účinný ako komerčné izolačné produkty, pričom je oveľa udržateľnejší,“ uviedol Seong Yun Kim.
Kávová usadenina sama osebe nestačí. Vedci museli vyriešiť jeden zásadný problém
Kávová usadenina má prirodzene len približne 40 percent pórovitosti, čo ju robí neefektívnou ako izolant. Vzduch uzavretý v póroch je totiž kľúčový pre tepelnú izoláciu. Čím viac vzduchu materiál zachytí, tým lepšie dokáže brzdiť prestup tepla.
Vedci tento problém vyriešili kontrolovaným procesom karbonizácie. Kávovú usadeninu najprv sušili v peci pri teplote 80 stupňov Celzia po dobu týždňa, potom ju zohrievali na 700 stupňov Celzia po dobu hodiny.
Tento postup premenil usadeninu na biouhlie a súčasne zvýšil jej pórovitosť zo 40 percent na 71 percent.
Neprehliadni
Nestačilo len vytvoriť póry. Bolo treba ich aj udržať
Kľúčovým krokom bola takzvaná „stratégia obnovy pórov“. Výskumníci použili environmentálne šetrné rozpúšťadlá, aby zabránili tomu, že polymér pri výrobe zaplní póry biouhlia.
Biouhlie najprv zmiešali s propylénglykolom, ktorý póry dočasne vyplnil, a pridali práškový etylcelulózový materiál, ktorý vytvoril nosnú štruktúru. Zmes potom stlačili v zahriatej forme pri teplote 150 stupňov Celzia po dobu 10 minút.
Následne materiál umiestnili do vákuovej pece pri 80 stupňoch Celzia na hodinu. Propylénglykol sa odstránil, no po ňom zostali zachované dutiny, ktoré sú pre izolačné vlastnosti rozhodujúce.
Z odpadu vznikol izolant, ktorý sa vyrovnal komerčným materiálom
Výsledný materiál dosiahol tepelnú vodivosť 0,04 W/m·K, čo je veľmi nízka hodnota. V praxi to znamená, že cez neho teplo prechádza pomaly, a teda funguje ako účinný izolant. Samotná etylcelulóza mala v tomto prípade tepelnú vodivosť približne 0,24 W/m·K, takže po pridaní biouhlia z kávovej usadeniny sa izolačné vlastnosti kompozitu zlepšili približne šesťnásobne.
Materiály s tepelnou vodivosťou pod 0,07 W/m·K sa vo všeobecnosti považujú za dobré tepelné izolanty. Nový kompozit sa tak dostal do pásma, v ktorom sa pohybujú vysoko účinné izolačné materiály, a svojimi parametrami sa priblížil komerčnému expandovanému polystyrénu.
Vedci jeho účinnosť overili aj na modelovom systéme fotovoltaických panelov integrovaných do budovy, kde materiál pomohol obmedziť prestup tepla z nahriatych panelov do okolia.
Tento materiál by sa nemusel použiť len v stavbách
Okrem stavebníctva by sa materiál mohol uplatniť aj v balení, doprave a ďalších priemyselných odvetviach, kde je dôležité obmedzovať prestup tepla. Jeho udržateľný charakter z neho robí zaujímavého kandidáta v čase, keď priemysel hľadá alternatívy k materiálom na báze fosílnych palív.
Kompozit je plne odvodený z obnoviteľných zdrojov a nespolieha sa na toxické ani nebezpečné látky. Materiál zároveň preukázal biodegradovateľnosť v laboratórnych testoch.
„Tento prístup nielenže zlepšuje vlastnosti materiálu, ale prispieva aj k obehovému hospodárstvu. Premenou odpadu na funkčný produkt môžeme znížiť environmentálne zaťaženie a zároveň vytvoriť nové príležitosti pre udržateľné materiály,“ uviedol Kim.
