يجد العلماء طريقة أكثر ذكاءً لتحويل بقايا القهوة المستعملة إلى وقود نظيف

كل فنجان قهوة يترك وراءه مخزونًا مخفيًا من الطاقة.

لا تزال القهوة الرطبة التي يتم التخلص منها بعد تخميرها تحتوي على زيوت قيمة يمكن تحويلها إلى وقود الديزل الحيوي، في حين يمكن استخدام الكربوهيدرات والمركبات الأخرى لإنتاج الوقود المتجدد، والمواد البلاستيكية الحيوية، والمواد الكيميائية الصناعية.

وقد حدد الباحثون في جامعة روفيرا آي فيرجيلي (URV) الآن طريقة بسيطة نسبيًا لاستعادة الكثير من هذا النفط دون إتلاف بقية المواد. يمكن أن يساعد هذا النهج في تحويل بقايا القهوة من مشكلة نفايات واسعة النطاق إلى مادة خام متعددة الاستخدامات للمصافي الحيوية.

الدراسة التي نشرت في الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية، ركز على الحجم الهائل من المخلفات الناتجة عن صناعة القهوة العالمية. يتم إنتاج ما يقرب من 10 ملايين طن متري (حوالي 11 مليون طن أمريكي) من حبوب البن كل عام، ولكن يتم نقل جزء فقط من كل حبة إلى المشروب. يتم التخلص من الكثير من المواد الصلبة المتبقية بعد التخمير.

هذه النفايات بعيدة كل البعد عن كونها فارغة كيميائيا. تحتوي القهوة المطحونة على حوالي 15% من الدهون، مما يجعلها مصدرًا محتملًا للزيت لإنتاج وقود الديزل الحيوي. ومع ذلك، فإن استخراج النفط بكفاءة ليس سوى جزء من التحدي. قد تؤدي المعالجة القاسية للغاية إلى إتلاف السليلوز والهيميسيلولوز واللجنين والمكونات القيمة الأخرى المتبقية.

العثور على المكان المناسب لاستخراج النفط

لذلك قام فريق URV بالبحث عن الظروف التي من شأنها أن تزيد من استخلاص النفط إلى أقصى حد مع الحفاظ على البقايا لمزيد من المعالجة. قام خورخي ف. روميرو، وألبرتو تامبيري، ودانييل مونتاني، وماجدالينا كونستانتي، وفرانسيسك ميدينا، وجميعهم من قسم الهندسة الكيميائية بجامعة URV، بفحص كيفية تأثير درجة حرارة الاستخراج ووقت المعالجة وكمية المذيب على النتيجة.

استخدموا n-hexane، وهو مذيب يستخدم عادة لفصل الدهون، واختبروا مجموعات من المتغيرات الثلاثة لتحديد مدى تأثيرها على بعضها البعض.

وأوضحت ماجدالينا كونستانتي، إحدى مؤلفات الدراسة: “لقد وجدنا أن الظروف المثالية هي عند 45 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت) لمدة 60 دقيقة مع نسبة 35 ملليلتر من الهكسان لكل جرام من البقايا الجافة”.

وفي ظل هذه الظروف، تمكنت العملية من استعادة حوالي 90% من الزيت الذي تم الحصول عليه من خلال استخراج سوكسليت، وهي طريقة معملية قياسية معروفة بإنتاج عوائد عالية. ومع ذلك، يتطلب النهج الجديد وقتًا وطاقة أقل، ويعتبر أكثر عملية للاستخدام الصناعي.

استخلاص أنظف وأكثر كفاءة

وكان الزيت المستعاد أيضًا أنظف إلى حد كبير. وكان يحتوي على 0.3% فقط من الشوائب، مقارنة بنسبة 3.9% في النفط المنتج من خلال استخراج سوكسليت. يمكن أن تؤدي زيادة النقاء إلى تقليل الحاجة إلى تكرير إضافي قبل تحويل الزيت إلى وقود.

كما ظل تكوين الأحماض الدهنية ثابتًا عبر ظروف الاختبار المختلفة. وكانت أحماض اللينوليك والبالمتيك هي المكونات المهيمنة، وهو ما يدعم إمكانات المادة كمواد خام للديزل الحيوي.

ومع ذلك، فإن القيمة الأوسع للدراسة تكمن في ما يتبقى بعد إزالة النفط.

وأشار فرانسيسك ميدينا، الباحث في قسم الهندسة الكيميائية الذي شارك في البحث، إلى أنه “في دراستنا، أثبتنا أيضًا أن استخراج النفط لا يعني أنه لا يمكن استخدام بقية المادة في شيء آخر”.

تبقى المواد الثمينة بعد إزالة الزيت

حافظ الفريق عمدًا على البنية اللجينية الخلوية للأرض. يحتوي هذا الإطار النباتي على السليلوز، والهيميسيلولوز، واللجنين، والتي يمكن أن تكون بمثابة مواد أولية للمنتجات بما في ذلك الإيثانول الحيوي، وحمض اللاكتيك، وبولي هيدروكسي ألكانوات، والمركبات الفينولية، وسلائف لوقود الطيران المستدام.

إن إزالة الدهون قد تجعل تلك الخطوات اللاحقة أسهل. يمكن للزيوت أن تغطي الكتلة الحيوية وتحد من قدرة المذيبات أو الإنزيمات أو المحفزات على الوصول إلى المركبات الموجودة بداخلها. ومن خلال إزالة هذا الحاجز دون تغيير البقايا بشكل كبير، فإن العملية تترك الأرضية جاهزة بشكل أفضل لتحويل إضافي.

كما قارن الباحثون الطريقة مع الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية وبمساعدة الميكروويف. ومن الممكن أن تعمل هذه التكنولوجيات على تسريع الإطلاق المبكر للنفط، ولكنها لم تحقق ميزة شاملة واضحة عندما نأخذ في الاعتبار نقاء النفط، واستخدام الطاقة، والكفاءة، وصعوبة توسيع نطاق العملية معا.

ولهذا السبب، خلص الفريق إلى أن استخلاص دفعة من الهكسان n في ظل ظروف معتدلة قد يوفر التوازن الأكثر عملية لمصفاة حيوية أكبر، حيث يتم فصل تيار نفايات واحد إلى عدة منتجات مفيدة بدلاً من معالجته لغرض واحد.

تغذية الصناعات التي يصعب كهربتها

ويمكن أن يكون هذا النهج مفيدا بشكل خاص لإنتاج الطاقة المتجددة للقطاعات التي يصعب كهربتها، بما في ذلك النقل الثقيل والطيران. وبدلاً من الاعتماد على ناتج واحد، يمكن للمصفاة الحيوية للقهوة المطحونة استخلاص القيمة من كل جزء من البقايا تقريبًا.

وأوضح دانييل مونتاني، الباحث في نفس القسم، والذي شارك أيضًا في البحث، أن الباحثين يمكنهم بالتالي “تحويل منتج النفايات غير المستغل عادةً إلى ناقلات طاقة مختلفة ومنتجات كيميائية حيوية وتقليل التأثير البيئي المرتبط بتراكمها”.

المرجع: “التقييم المنهجي لاستخلاص الهكسان دفعة واحدة كمعالجة مسبقة قابلة للتطوير من أجل التثمين الشامل للقهوة المطحونة” بقلم خورخي ف. روميرو، وألبرتو تامبيري، ودانيال مونتاني، وماجدالينا كونستانتي، وفرانسيسك ميدينا، 21 أبريل 2026، الكتلة الحيوية والطاقة الحيوية.
دوى: 10.1016/j.biombioe.2026.109467

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.