Người ta ước tính trên toàn thế giới, tổng lượng bã cà phê đã qua sử dụng (SCG) được sản xuất hàng năm là 60 triệu tấn, khiến nó trở thành loại chất thải nhiều nhất được tạo ra trong quá trình chuẩn bị cà phê. Theo truyền thống, hầu hết bã cà phê đều được đưa vào bãi rác. Giờ đây, các nhà nghiên cứu từ Đại học RMIT đã tìm ra cách sử dụng thực tế đầu tiên cho loại chất thải đặc biệt này: trộn nó vào bê tông.

Ông Rajeev Roychand, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Cảm hứng cho công việc của chúng tôi là tìm ra cách sáng tạo để sử dụng lượng lớn chất thải cà phê trong các dự án xây dựng thay vì đưa vào bãi chôn lấp – để mang lại cho cà phê 'cú hích kép' vào cuộc sống”.

Do kích thước hạt mịn của chúng, SCG được đề xuất như một thành phần hữu ích trong các ứng dụng dân dụng và xây dựng. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã quyết định thử nghiệm điều này. 

Đầu tiên, họ thu thập SCG từ nhiều quán cà phê khác nhau quanh Melbourne, Australia và sấy khô để loại bỏ độ ẩm. Sau đó, vật liệu hữu cơ khô được đun nóng ở hai nhiệt độ khác nhau – 350°C (662°F) hoặc 500°C (932°F) – sử dụng quy trình năng lượng thấp, không có oxy gọi là nhiệt phân để tạo ra than sinh học.

Mười hai thiết kế hỗn hợp được sử dụng để so sánh tác động của SCG ở dạng SCG chưa được xử lý, SCG được làm nóng 350 độ và SCG được làm nóng 500 độ đối với trạng thái cơ học và cấu trúc vi mô của bê tông. Các SCG khác nhau được đưa vào xi măng Portland thông thường với hàm lượng 0%, 5%, 10%, 15% và 20% để thay thế cho cốt liệu mịn. Ở đây, cốt liệu mịn được sử dụng là cát tự nhiên.

 Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc thay thế một phần cát bằng bã cà phê thải sẽ tạo ra bê tông chắc chắn hơn.

Bê tông tươi được đổ vào khuôn và rung để loại bỏ túi khí. Sau đó, nó được xử lý ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ, lấy khuôn ra và xử lý trong bể nước cho đến khi được kiểm tra cường độ nén, phân tích bằng nhiễu xạ tia X (XRD) và kính hiển vi điện tử quét (SEM). Cường độ nén là ứng suất nén tối đa mà vật liệu rắn có thể duy trì mà không bị gãy.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng, trong số các loại vật liệu tổng hợp bê tông mà họ đã thử nghiệm, loại thay thế 15% cát bằng SCG nhiệt phân ở 350°C (662°F) đã dẫn đến sự cải thiện đáng kể về tính chất vật liệu của nó, tăng cường 29,3% hiệu suất cường độ nén.

Mặc dù nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu nhưng các nhà nghiên cứu cho biết kết quả rất hứa hẹn và có khả năng được sử dụng rộng rãi cà phê trong xây dựng trên khắp thế giới. Đồng tác giả Shannon Kilmartin-Lynch cho biết: “Ngành công nghiệp bê tông có tiềm năng đóng góp đáng kể vào việc tăng cường tái chế chất thải hữu cơ như cà phê đã qua sử dụng. Nghiên cứu của chúng tôi đang ở giai đoạn đầu nhưng những phát hiện thú vị này đưa ra một cách sáng tạo để giảm đáng kể lượng chất thải hữu cơ được đưa vào bãi chôn lấp".

Ngoài việc tiết kiệm không gian tại các bãi chôn lấp, kỹ thuật sản xuất bê tông còn giải quyết một vấn đề môi trường khác: bảo tồn nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn. 

Chúng ta khai thác khoảng 40 đến 50 tỷ tấn cát và sỏi mỗi năm để sử dụng trong xây dựng. Jie Li, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Việc khai thác cát tự nhiên đang diễn ra trên khắp thế giới, thường từ lòng sông và bờ sông để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành xây dựng, có tác động lớn đến môi trường. Với cách tiếp cận nền kinh tế tuần hoàn, chúng ta có thể loại bỏ chất thải hữu cơ khỏi bãi chôn lấp và bảo tồn tốt hơn các tài nguyên thiên nhiên như cát".

Các nhà nghiên cứu có kế hoạch thực hiện thử nghiệm cơ học và độ bền lâu dài trên than sinh học cà phê được làm nóng ở nhiệt độ 350 độ để ứng dụng tiềm năng trong ngành xây dựng, đồng thời khám phá thêm tác động của việc sử dụng nhiệt độ nhiệt phân khác nhau đến hiệu suất của vật liệu.