ในแต่ละวัน ผู้คนจากทั่วโลกมีการบริโภคกาแฟกันมากถึงราว 2 พันล้านแก้ว แม้กาแฟแต่ละแก้วจะส่งผลดีกับเศรษฐกิจ สังคม และสุขภาพ แต่ทว่า อีกด้านหนึ่งก็เป็นผลิต “ขยะกากกาแฟ” ในปริมาณมหาศาลทุกวันด้วยเช่นเดียวกัน

มีการประเมินว่าในแต่ละวันมีจะขยะกากกาแฟราว 5.1 ตัน ถูกส่งไปย่อยสลายยังหลุมฝังกลบขยะ ซึ่งในกระบวนการย่อยสลายก่อให้เกิดก๊าซมีเทนและก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ สู่ชั้นบรรยากาศ ทีมนักวิจัยและวิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีรอยัลเมลเบิร์น (RMIT) ในออสเตรเลีย ซึ่งเห็นถึงศักยภาพของขยะกากกาแฟที่จะนำไปอัพไซเคิลเป็นสิ่งที่มีประโยชน์ จึงเกิดไอเดียนำมาเป็นส่วนผสมในคอนกรีตเพื่อทำเป็นวัสดุก่อสร้างที่มีความแข็งแรง

“แรงบันดาลใจในการทำงานของเรา คือ การค้นหาวิธีที่จะนำขยะกากกาแฟปริมาณมหาศาลมาใช้ในงานก่อสร้าง มากกว่าที่จะปล่อยให้ถูกนำไปทิ้งในหลุมฝังกลบขยะ” ราจีฟ รอยจันทรา นักวิจัยที่ได้รับทุนจาก RMIT กล่าว

มนุษย์รู้จักวิธีการผสมคอนกรีตมาตั้งแต่ราวหนึ่งหมื่นปีที่แล้ว โดยใช้ส่วนผสมพื้นฐานสองอย่าง คือ ส่วนผสมที่ข้นและเหนียวกับ ฟิลเลอร์ หรือวัสดุเพิ่มความแข็งแรง ปัจจุบัน ส่วนผสมที่ข้นและเหนียวใช้น้ำผสมกับซีเมน ขณะที่ฟิลเลอร์ใช้ทราย และหินบด ซึ่งทีมวิจัยพยายามแทนที่ส่วนหนึ่งของฟิลเลอร์ด้วยกากกาแฟ แต่ทว่าการนำกากกาแฟผสมลงไปโดยตรงนั้นไม่ได้ผล จึงหันมาใช้ “ไบโอชาร์” ที่เกิดจากการนำวัสดุอินทรีย์ไปเผาแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ความร้อนสูง

งานวิจัยก่อนหน้านี้ เผยถึงการเติม “ไบโอชาร์” หรือ วัสดุคาร์บอนของแข็งสีดำที่เกิดจากเผาวัสดุอินทรีย์ เช่น วัสดุการเกษตร หรือเศษไม้ในสภาวะที่ไม่มีออกซิเจน ไบโอชาร์มีคุณสมบัติในการเพิ่มความแข็งแรงให้กับคอนกรีต และเป็นเทคนิคที่ชาวโรมันใช้ในสมัยโบราณ โดยนำเถ้าภูเขาไฟมาเป็นส่วนผสมในคอนกรีต ผู้เชี่ยวชาญบางรายเชื่อว่า นี่คือเหตุผลที่ทำให้สิ่งก่อสร้างของโรมันท้าฝนทนแดดและยืนหยัดยาวนานมาได้ถึงปัจจุบัน แม้จะเวลาผ่านมานานนับพันปี

ในกระบวนทดลอง ทีมนักวิจัยจะรวบรวมกากกาแฟจากคาเฟ่ต่างๆ ทั่วเมืองเมลเบิร์น และนำไปเผาในสภาวะไร้ออกซิเจนที่อุณหภูมิระดับ 350 องศาเซลเซียส และ 500 องศาเซลเซียส เพื่อเปลี่ยนให้เป็นไอโอชาร์

เมื่อได้ไบโอชาร์แล้ว จึงนำไปผสมเข้ากับปูนซีเมนต์โดยทำเป็นหลายชุดเพื่อเปรียบเทียบกัน ซึ่งมีชุดที่ประกอบด้วย กากกาแฟดิบ กากกาแฟที่นำไปเผาเป็นไบโอชาร์ที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส และกากกาแฟที่นำไปเผาเป็นไบโอชาร์ที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ในแต่ละชุดจะมีการใช้กากกาแฟหรือไบโอชาร์แทนที่ทรายในสัดส่วนตั้งแต่ร้อยละ 5 จนถึงร้อยละ 20 และทำให้แข็งตัว ก่อนนำไปทดสอบคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแรงและประสิทธิภาพการยึดเกาะ

ผลการทดสอบ ปรากฏว่า คอนกรีตที่ผสมกากกาแฟดิบมีแรงอัดต่ำกว่าคอนกรีตทั่วไปมาก และผลลัพธ์ยิ่งแย่ลงเมื่อเติมกากกาแฟดิบมากขึ้น เนื่องจากกากกาแฟดิบปล่อยสารอินทรีย์ออกมาทำให้คอนกรีตยึดเกาะได้ไม่ดี

ผลการทดสอบคอนกรีตที่ผสมกับไบโอชาร์จากกากกาแฟที่เผาที่อุณหภูมิ 350 องศาเซลเซียส ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่ามาก เมื่อใช้แทนทรายในสัดส่วนร้อยละ 10 หรือร้อยละ 15 คอนกรีตที่ได้มีความแข็งแรงสูงกว่าคอนกรีตปรกติถึงร้อยละ 30 ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ไบโอชาร์จากกากกาแฟมีประสิทธิภาพการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม

สำหรับคอนกรีตที่ผสมกับไบโอชาร์จากกากกาแฟที่เผาที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ผลการทดสอบพบว่า มีความแข็งแรงต่ำกว่าคอนกรีตทั่วไป เพราะอนุภาคของไบโอชาร์มีรูพรุนสูงและเปราะ ทำให้เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กรอบๆ อนุภาค ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงของคอนกรีต

ทีมนักวิจัยเผยว่า ขั้นตอนต่อไป พวกเขาหวังว่าจะทำการทดลองในภาคสนามเพื่อค้นหาวิธีที่จะนำคอนกรีตซึ่งมีส่วนผสมไบโอชาร์จากกากกาแฟมาใช้ในงานก่อสร้างจริง

นอกจากเรื่องการลดปริมาณของขยะกากกาแฟในหลุมฝังกลบแล้ว ทีมนักวิจัยระบุว่า ผลการวิจัยนี้จะนำไปสู่การช่วยลดผลกระทบโดยรวมจากการทำเหมืองหินบดและทรายเพื่อมาใช้เป็นส่วนผสมในคอนกรีต ในปี 2022 สหรัฐอเมริกามีการผลิตทรายและหินบดมากกว่า 1 พันล้านตัน โดยที่ราวร้อยละ 42 นำมาใช้เป็นส่วนผสมในคอนกรีต ขณะที่ปริมาณการผลิตหินบดและทรายทั่วโลกคาดว่าจะสูงถึง 4.4 ถึง 5.5 หมื่นล้านตันต่อปี ซึ่งนับเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ถูกนำมาใช้โดยมนุษย์มากเป็นอันดับสอง รองจากน้ำ

การนำกากกาแฟมาเป็นส่วนผสมในคอนกรีต แม้จะไม่ใช่ทางออกที่สมบูรณ์แบบ แต่นักวิจัยพบว่า หากสามารถนำไบโอชาร์จากกากกาแฟมาใช้แทนที่ทรายได้เพียงร้อยละ 15 ก็อาจมีบทบาทสำคัญในการแก้ปัญหาขยะกากกาแฟและลดการใช้ทรายและหินจากธรรมชาติลงได้

ที่มา
Researchers brew a stronger concrete using — coffee?