في 90 ثانية فقط.. علماء يحولون مخلفات القهوة الرطبة إلى وقود حيوي عالي الكفاءة دون تجفيف

في إنجاز علمي قد يفتح آفاقًا جديدة أمام إدارة المخلفات العضوية وإنتاج الطاقة النظيفة، نجح فريق بحثي من المعهد الكوري لعلوم الأرض والموارد المعدنية (KIGAM) في تطوير تقنية مبتكرة قادرة على تحويل بقايا القهوة المستهلكة والرطبة مباشرة إلى فحم حيوي عالي الجودة خلال 90 ثانية فقط، دون الحاجة إلى عمليات التجفيف أو إزالة الزيوت التي كانت تمثل أحد أكبر التحديات أمام الاستفادة الاقتصادية من هذا النوع من المخلفات.

وتأتي أهمية هذا الابتكار في وقت يشهد فيه العالم تزايدًا مستمرًا في استهلاك القهوة، حيث تُنتج مليارات الأكواب سنويًا، ما يؤدي إلى تراكم أكثر من 10 ملايين طن من مخلفات القهوة سنويًا على مستوى العالم، ينتهي معظمها في مدافن النفايات أو محارق المخلفات، مسببة انبعاثات غازات دفيئة وتأثيرات بيئية سلبية.

من مخلفات مزعجة إلى مصدر للطاقة

رغم أن بقايا القهوة تحتوي على نسبة مرتفعة من المركبات العضوية والطاقة الكامنة، فإن محتواها العالي من الرطوبة كان يمثل عقبة رئيسية أمام تحويلها إلى وقود أو مواد كربونية ذات قيمة مضافة.

ففي التقنيات التقليدية، تتطلب هذه المخلفات عمليات تجفيف مسبقة تستهلك كميات كبيرة من الطاقة والوقت، ما يقلل الجدوى الاقتصادية للمشروعات المعتمدة عليها.

لكن الفريق الكوري تمكن من تجاوز هذه المشكلة عبر تطوير تقنية جديدة أطلق عليها اسم التحلل الحراري بالبلازما اللهبية (Flame Plasma Pyrolysis – FPP)، والتي تعتمد على معالجة المخلفات الرطبة مباشرة دون أي تجهيزات مسبقة.

بلازما حرارية بدرجات حرارة هائلة

تعتمد التقنية على توليد لهب بلازمي تصل حرارته إلى ما بين 800 و900 درجة مئوية باستخدام غاز البترول المسال والهواء المضغوط، ما يوفر طاقة حرارية هائلة قادرة على إحداث تحول سريع داخل المادة العضوية.

وخلال المعالجة، تتبخر المياه الموجودة داخل جزيئات القهوة بشكل فوري، ما يؤدي إلى ارتفاع الضغط الداخلي وحدوث انفجارات مجهرية صغيرة تعرف علميًا باسم «تأثير الفشار» أو Popcorn Effect.

وتساعد هذه الظاهرة على زيادة كفاءة التفحيم وتكوين شبكة واسعة من المسام الدقيقة داخل المادة الناتجة، الأمر الذي يرفع من جودة الفحم الحيوي المنتج بشكل ملحوظ.

وقود ينافس الفحم الحجري

وأظهرت النتائج، أن التقنية الجديدة تمكنت من تحقيق تحويل كامل للمخلفات خلال 90 ثانية فقط، مع خفض الكتلة الأصلية بنسبة تجاوزت 83%.

كما سجل الفحم الحيوي الناتج قيمة حرارية بلغت 29 ميجا جول لكل كيلوجرام، بزيادة تقارب 33% مقارنة بمخلفات القهوة الأصلية، وهي قيمة تقترب من القيمة الحرارية لفحم الأنثراسيت، أحد أجود أنواع الفحم الحجري.

وأظهرت الاختبارات أيضًا:

• ارتفاع نسبة الكربون الثابت إلى نحو ثلاثة أضعاف.
• التخلص الكامل من مركبات الكبريت المسببة لانبعاثات أكاسيد الكبريت الضارة.
• زيادة المساحة السطحية للمادة بأكثر من 75 مرة.
• انخفاض إنتاج الدخان والقطران والملوثات الثانوية أثناء المعالجة.

وتجعل هذه الخصائص المنتج النهائي مناسبًا ليس فقط كوقود متجدد عالي الكفاءة، بل أيضًا كمادة كربونية متقدمة يمكن استخدامها في تطبيقات بيئية وصناعية متعددة، مثل إنتاج المواد الماصة وتنقية المياه والهواء.

أسرع بعشرات المرات من التقنيات التقليدية

أحد أبرز جوانب التميز في التقنية الجديدة هو سرعتها الاستثنائية.

فبالمقارنة مع تقنية الكربنة الحرارية المائية (HTC)، التي تحتاج عادة من ساعة إلى ست ساعات لإتمام المعالجة، فإن النظام الجديد أسرع بما يتراوح بين 40 و240 مرة.

كما يتفوق على تقنيات التحميص الحراري التقليدية (Torrefaction) التي تتطلب أكثر من نصف ساعة لإنتاج وقود مماثل.

ويؤكد الباحثون أن اعتماد النظام على البلازما الناتجة عن الاحتراق، بدلاً من أجهزة البلازما الكهربائية مرتفعة الاستهلاك للطاقة، يساهم في خفض تكاليف التشغيل وزيادة كفاءة العملية.

تطبيقات تتجاوز مخلفات القهوة

ولا تقتصر إمكانات التقنية الجديدة على بقايا القهوة فقط، إذ يرى العلماء أنها قابلة للتطبيق على مجموعة واسعة من المخلفات العضوية عالية الرطوبة، مثل:

• مخلفات الأغذية.
• الحمأة الناتجة عن محطات معالجة الصرف الصحي.
• المخلفات الزراعية.
• النفايات العضوية المنزلية.

كما أن تصميم النظام المدمج وسرعة المعالجة الكبيرة يجعلان منه خيارًا مناسبًا لإنشاء وحدات صغيرة لامركزية لتحويل النفايات إلى طاقة بالقرب من مواقع إنتاجها، ما يقلل تكاليف النقل والتخزين.

نحو اقتصاد دائري أكثر استدامة

ويرى الباحثون، أن هذا الابتكار يمثل خطوة مهمة نحو تعزيز الاقتصاد الدائري وتحويل النفايات من عبء بيئي إلى مورد اقتصادي وطاقة متجددة.

وأكد الدكتور تايجون بارك، قائد الفريق البحثي، أن التقنية تقدم مفهومًا جديدًا لإدارة المخلفات العضوية، موضحًا أن النفايات لم تعد مجرد مشكلة تحتاج إلى التخلص منها، بل يمكن أن تصبح مصدرًا مهمًا للطاقة والمواد الصناعية ذات القيمة العالية.

وأضاف أن الفريق يعمل حاليًا على توسيع نطاق استخدام التقنية لتشمل أنواعًا مختلفة من المخلفات الرطبة، مع مواصلة تطوير النظام تمهيدًا لتطبيقه على المستوى الصناعي التجاري خلال السنوات المقبلة.