إضافة بقايا القهوة أثناء عملية البناء يعزز من قوة المباني.. فوائد النفايات العضوية في تحسين قوة الخرسانة

10 مليارات كيلوجرام بقايا القهوة في العالم سنويا

كل يوم، تترك وراءها أكوامًا من النفايات والبقايا التي تنتهي غالبًا في مكبات النفايات. يبحث الناس في جميع أنحاء العالم عن طرق للحد من هذه القمامة العضوية، وقد حدد باحثو البناء طريقة قد تمنح بقايا القهوة القديمة حياة ثانية.

ومن خلال إيجاد حلول مبتكرة، فإنهم يحولون النفايات إلى أداة لتعزيز الاستدامة عبر الصناعات المختلفة، ومعالجة قضية إدارة النفايات، وتقديم الفوائد للصناعات خارج قطاع القهوة .

ومن خلال إعادة تصور منتج ثانوي شائع، يفتح العلماء الأبواب أمام تطبيقات أكثر استدامة وعملية للنفايات العضوية، وبالتالي تحويل المشكلة إلى مورد قيم، يمكن أن يعيد تعريف كيفية استخدام النفايات العضوية.

تحويل بقايا القهوة إلى خرسانة أقوى

أثبت المهندس الدكتور راجيف رويشاند من جامعة RMIT وزملاؤه أن معالجة بقايا القهوة يمكن أن تجعل الخرسانة أقوى بشكل كبير.

ولإطلاق العنان لهذه الفوائد، وضع الباحثون نفايات القهوة في بيئة منخفضة الأكسجين وقاموا بتسخينها إلى أكثر من 350 درجة فهرنهايت (حوالي 660 درجة فهرنهايت). وتعمل طريقة التسخين هذه، التي تسمى التحلل الحراري، على تحويل بقايا القهوة إلى مادة غنية بالكربون.

تعمل هذه المعالجة على تغيير حبيبات القهوة على المستوى الجزيئي، وتحويلها إلى مادة تتكامل بشكل جيد مع الخرسانة. والأهم من ذلك، أنها تمكن من إنتاج خرسانة أقوى مع تقليل التأثيرات البيئية.

لماذا التحلل الحراري هو المفتاح

تتضمن عملية التحلل الحراري تسخين المواد العضوية في غياب الأكسجين. وعندما يتم معالجة نفايات القهوة بهذه العملية عند درجة حرارة 350 درجة مئوية، فإنها تتحول إلى مادة تعرف باسم الفحم الحيوي، والتي تتمتع بميزة القدرة على الارتباط بشكل فعال بالأسمنت.

وبشكل عام، واجهت صناعة البناء منذ فترة طويلة تحديات تتعلق باستهلاك الموارد، وخاصة فيما يتصل باستخراج الرمال.

يمكن أن يؤدي استخدام الفحم الحيوي المشتق من القهوة إلى استبدال جزء من الرمل المستخدم في صناعة الخرسانة، وبالتالي تقليل الطلب على الرمل الطبيعي.

ولا تعمل هذه العملية على تقليل الاعتماد على الموارد المحدودة فحسب، بل إنها تتماشى أيضًا مع الدفع المتزايد نحو ممارسات البناء المستدامة.

يخلق الفحم الحيوي الناتج عن تحليل القهوة بنية مسامية تعمل على تحسين طريقة تماسك الخرسانة تحت الضغط.

توفر هذه الطريقة فائدة مزدوجة: إيجاد استخدام منتج للنفايات وفي نفس الوقت معالجة التأثيرات البيئية لاستخراج الرمال.

الحد من النفايات العضوية والانبعاثات

ويقدر الخبراء أن استهلاك القهوة على مستوى العالم يولد نحو 10 مليارات كيلوجرام (22 مليار رطل) من بقايا القهوة كل عام. ويشغل قدر كبير من هذه النفايات مساحة ثمينة في مكبات النفايات، كما تطلق غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون.

يعتبر الميثان غازًا دفيئًا أكثر ضررًا من ثاني أكسيد الكربون على مدار فترة 100 عام. وبالتالي، فإن تحويل هذه النفايات إلى استخدامات مستدامة من شأنه أن يقلل بشكل كبير من انبعاثات الغازات الدفيئة.

في نهاية المطاف، ومع انتشار استهلاك القهوة على نطاق واسع، فإن حتى التغييرات الصغيرة في ممارسات إعادة التدوير قد يكون لها آثار بعيدة المدى على البيئة.

وقال رويشاند “إن التخلص من النفايات العضوية يشكل تحديًا بيئيًا لأنه ينبعث منه كميات كبيرة من الغازات المسببة للاحتباس الحراري” .

ومن خلال إعادة تدوير بقايا القهوة، يأمل الباحثون في التخفيف من هذه التأثيرات البيئية مع تحسين جودة الخرسانة.

المنظور الأصلي للاستدامة

قالت الدكتورة شانون كيلمارتن لينش، مهندسة في معهد RMIT وباحثة مشاركة: “الإلهام لبحثي، من منظور السكان الأصليين، ينطوي على الاهتمام بالوطن” .

إن الممارسات المستدامة التي تمنع النفايات العضوية من الوصول إلى مكبات النفايات يمكن أن تحمي النظم البيئية، وتقلل من التلوث، وتحافظ على الموارد الطبيعية.

تدمج هذه الفلسفة الاحترام الثقافي للبيئة مع تقنيات الهندسة المتطورة. إن استخدام الفحم الحيوي المستخرج من القهوة في البناء يتماشى مع فكرة إدارة الموارد بشكل أكثر مسؤولية.

هل سيعمل هذا حقا؟

يتطلب مزيج القهوة والفحم الحيوي مزيدًا من الاختبارات للتأكد من أدائه على مدى فترات طويلة. ويريد العلماء معرفة مدى قدرته على تحمل التعرض للماء ودورات التجمد والذوبان والاستخدام المستمر.

ستساعد اختبارات المتانة هذه في تحديد ما إذا كانت الخرسانة المخلوطة بالفحم الحيوي قادرة على تلبية المتطلبات الصارمة لمشاريع البنية التحتية الحديثة.

كما يخططون للعمل مع أنواع مختلفة من النفايات العضوية (مثل قصاصات الخشب، وبقايا الطعام، والمنتجات الزراعية الثانوية) لمعرفة ما إذا كان من الممكن تحويلها أيضًا إلى مواد تعمل على تحسين الخصائص البنيوية للخرسانة.

وتعتبر هذه التقييمات بالغة الأهمية لتحديد ما إذا كان من الممكن استخدام هذه المواد في مشاريع البناء واسعة النطاق.

ويلتزم فريق البحث باستكشاف مدى فائدة الخرسانة القائمة على الفحم الحيوي في ظل ظروف العالم الحقيقي لضمان موثوقيتها وسلامتها.

مستقبل بقايا القهوة والخرسانة

مع ارتفاع المباني وتوسع البنية الأساسية، سيصبح البحث عن ممارسات أكثر استدامة أكثر إلحاحًا.

ومن الممكن أن يساهم هذا النهج المتمثل في إضافة الفحم الحيوي المستخرج من القهوة إلى الخرسانة في تعزيز الاقتصاد الدائري.

إن تحويل النفايات التي تشكل مشكلة إلى مدخلات قيمة، هو الدفعة الأولى من بين العديد من الخطوات المطلوبة لتقليل الاعتماد على المواد الخام مثل الرمل الطبيعي.

إن مثال هذا النهج يمهد الطريق للصناعات لتبني أساليب مماثلة، وتشجيع تبني استراتيجيات تحويل النفايات إلى موارد على نطاق أوسع.

ومن المتوقع أن تساهم مثل هذه الإجراءات في تخفيف الضغط البيئي مع تعزيز مرونة أساليب البناء على المدى الطويل .

ومن خلال التعاون المستمر بين العلماء وصناع السياسات والشركات، فإن الابتكارات مثل هذه لديها القدرة على إعادة تشكيل الطريقة التي نفكر بها بشأن الموارد.

ومن خلال ربط إدارة النفايات بالبنية التحتية، يمكن لهذا البحث أن يعيد تعريف الاستدامة في العصر الحديث.

ونشرت نتائج البحث في مجلة الإنتاج النظيف .