تفاله قهوه به سوخت پاک تبدیل میشود؛ کشف روشی تازه برای تولیدات ارزشمند
هر فنجان قهوه، مخزن پنهانی از انرژی را به جای میگذارد. تفالههای مرطوب قهوه که پس از دم کردن دور ریخته میشوند، همچنان حاوی روغنهای ارزشمندی هستند که میتوانند به «بیودیزل» (سوخت زیستی) تبدیل شوند؛ در حالی که کربوهیدراتها و سایر ترکیبات آنها میتواند برای تولید سوختهای تجدیدپذیر، پلاستیکهای زیستی و مواد شیمیایی صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
به گزارش هفت صبح محققان دانشگاه «روویرا ای ویرخیلی» (URV) موفق شدهاند روشی نسبتاً ساده برای بازیابی بخش بزرگی از این روغن، بدون آسیب رساندن به سایر اجزای ماده، پیدا کنند. این رویکرد میتواند به تبدیل تفالههای قهوه — که یک مشکل پسماند گسترده در جهان هستند — به یک ماده خام چندمنظوره برای پالایشگاههای زیستی کمک کند.
چالش استخراج روغن بدون تخریب بافت
این مطالعه که در نشریه Biomass and Bioenergy منتشر شده، بر حجم عظیم پسماندهای صنعت جهانی قهوه تمرکز دارد. سالانه حدود ۱۰ میلیون تن دانه قهوه تولید میشود، اما تنها بخش کوچکی از هر دانه به نوشیدنی تبدیل میشود و بخش زیادی از مواد جامد پس از دم کردن، دور ریخته میشود.
این پسماند از نظر شیمیایی کاملاً تهی نیست؛ تفالههای قهوه حدود ۱۵ درصد چربی (لیپید) دارند که آنها را به منبعی بالقوه برای تولید بیودیزل تبدیل میکند. با این حال، چالش اصلی این است که استخراج روغن نباید با فرآیندهای بسیار خشن همراه باشد، زیرا میتواند به سلولز، همیسلولز، لیگنین و سایر اجزای ارزشمند باقیمانده آسیب برساند.
یافتن نقطه تعادل در استخراج
تیم تحقیق URV به دنبال شرایطی بود که میزان بازیابی روغن را به حداکثر برساند و در عین حال، باقیماندهی ماده را برای پردازشهای بعدی سالم نگه دارد. محققان بررسی کردند که چگونه دما، زمان فرآیند و مقدار حلال بر نتیجه تأثیر میگذارد.
آنها از حلال «ان-هگزان» (n-hexane) که معمولاً برای جداسازی چربیها استفاده میشود، بهره بردند. طبق گفته «ماگدالنا کنستانتی»، یکی از نویسندگان این تحقیق، شرایط بهینه یافت شده به این شرح است: دمای ۴۵ درجه سانتیگراد، به مدت ۶۰ دقیقه، با نسبت ۳۵ میلیلیتر هگزان به ازای هر گرم باقیمانده خشک.
در این شرایط، فرآیند توانست حدود ۹۰ درصد از روغنی را بازیابی کند که در روشهای استاندارد آزمایشگاهی (مانند Soxhlet) به دست میآید؛ اما با این تفاوت که روش جدید به زمان و انرژی بسیار کمتری نیاز داشت و برای استفاده در مقیاس صنعتی بسیار کاربردیتر است.
استخراج پاکتر و کارآمدتر
روغن بازیابی شده در این روش، بسیار خالصتر بود؛ میزان ناخالصی در این روش تنها ۰.۳ درصد بود، در حالی که در روشهای استاندارد آزمایشگاهی این میزان به ۳.۹ درصد میرسید. خلوص بالاتر به این معناست که برای تبدیل روغن به سوخت، نیاز به پالایش اضافی کمتری خواهد بود.
ارزش افزوده در باقیماندهها
ارزش واقعی این مطالعه در آنچه «پس از حذف روغن» باقی میماند، نهفته است. تیم تحقیق عمداً ساختار سلولزی گیاه را حفظ کرد. این ساختار حاوی سلولز و لیگنین است که میتوان از آنها برای تولید محصولات متنوعی از جمله بیواتانول، اسید لاکتیک، پلاستیکهای زیستی و حتی سوختهای پایدار هوانوردی استفاده کرد.
در واقع، حذف چربی حتی میتواند مراحل بعدی را آسانتر کند؛ زیرا روغنها مانند یک لایه پوششی روی مواد عمل میکنند و مانع دسترسی آنزیمها و کاتالیزورها به ترکیبات داخلی میشوند. با برداشتن این مانع بدون تغییر قابلتوجه در باقیمانده، تفالهها برای تبدیل شدن به مواد دیگر آمادهتر میشوند.
محققان همچنین این روش را با تکنیکهای «استخراج به کمک اولتراسوند» و «مایکروویو» مقایسه کردند. اگرچه آن فناوریها میتوانند آزادسازی اولیه روغن را تسریع کنند، اما با در نظر گرفتن مجموعِ فاکتورهای خلوص روغن، مصرف انرژی، بازدهی و دشواریِ افزایش مقیاس (Scale-up)، مزیت قاطعی نسبت به روش جدید نداشتند.
به همین دلیل، تیم تحقیق نتیجه گرفت که «استخراج دستهای با هگزان» در شرایط ملایم، کاربردیترین تعادل را برای پالایشگاههای زیستی بزرگ فراهم میکند؛ جایی که میتوان یک جریان پسماند را به چندین محصول مفید تبدیل کرد، نه اینکه فقط برای یک هدف خاص پردازش شود.
این رویکرد میتواند بهویژه برای تولید انرژیهای تجدیدپذیر در صنایعی که برقیسازی آنها دشوار است، از جمله حملونقل سنگین و هوانوردی، بسیار مفید باشد. در واقع، یک پالایشگاه زیستی مبتنی بر قهوه میتواند از تقریباً تمام بخشهای این پسماند، ارزش اقتصادی و کاربردی استخراج کند.
