Жаңа технология пайдаланылған кофе ұнтағынан алынған 90% майын бөліп алуға және экологиялық таза биодизель отынын алуға мүмкіндік береді.

• Пайдаланылған кофе ұнтағының құрамында биодизель өндірісі үшін шикізат ретінде пайдалануға болатын майлар бар.

• Бір сағатқа созылған процесс қолжетімді майдың көп бөлігін стандартты зертханалық әдіске қарағанда әлдеқайда аз қоспалармен алуға мүмкіндік берді.

• Қалған өсімдік талшықтары негізінен бүтін күйінде сақталған, бұл оларды басқа отындар мен пайдалы химиялық заттарды өндіру үшін пайдалануға мүмкіндік берді.

Кофе ұнтағы қалдықтарды жоюдан күткеннен де көп энергияны қамтиды. Майлар мен өсімдік талшықтарына бай бұл қалдықтарды биодизель өндіру үшін пайдалануға болады, ал басқа отындар мен химиялық заттарға пайдалы материалдар қалдырады.

Ровира и Вирджили университетінің зерттеушілер тобы қалған биомассаға зиян келтірмей, майды тез кетіру үшін тәжірибе жүргізді. Олар стандартты зертханалық әдіске қарағанда аз қоспалармен мұнайдың көп бөлігін алуға мүмкіндік беретін орташа жағдайларды анықтады.

Кофе ұнтағы үлкен көлемде өндіріледі. Әлемдік кофе дәндерінің өндірісі жылына шамамен 10 миллион тоннаға жетеді. Тек 101 TP3T кофе шиесі кофеге түседі, ал қалғаны қатты қалдыққа айналады. Жыл сайын 6 миллион тоннадан астам кофе ұнтағы өндіріледі.

Бұл қалдықтың құрамында шамамен 15% липидтері немесе майлар бар. Оның құрамында басқа өнімдерді өндіру үшін пайдалануға болатын целлюлоза, гемицеллюлоза және лигнин де бар. Бұл комбинация қалдықтарды бір шикізаттан бірнеше өнім шығара алатын биоөңдеу зауыттары үшін тартымды етеді.

Оңтайлы экстракция режимін табу

Рихтер университетінің (URV) зерттеушілер тобы температураны, экстракция уақытын және еріткіш пен құрғақ ұнтақтың қатынасын зерттеді. Зерттеушілер майды экстракциялау үшін кең таралған еріткіш n-гександы 27 комбинацияда қолданды. Әрбір сынақ қайталанып, 54 бақылау жасалды.

Құрғақ кофе қалдықтары университет асханасынан жиналып, қуырылған арабика бұршақтары (Coffea arabica) болды. Материал кептіріліп, 500 микрометрден кіші бөлшектерге дейін електен өткізіліп, талдауға дайындалды.

«Біз оңтайлы жағдайларға 45°C температурада 60 минут бойы және құрғақ қалдықтың бір граммына 35 миллилитр гексан қатынасында қол жеткізілгенін анықтадық», - деп түсіндірді зерттеу авторларының бірі Магдалена Константи.

Осы жағдайларда партиялық процесс Сокслет экстракциясы арқылы алынған шамамен 901 ТП3 Т мұнайды қалпына келтіруге мүмкіндік берді. Сокслет әдісі жоғары және қайталанатын өнімділікті қамтамасыз ететіндіктен эталон ретінде қызмет етті. Дегенмен, ол үздіксіз еріткіштің кері ағысын, ұзақ өңдеу уақытын және жоғары энергия тұтынуын қажет етеді.

Оңтайландырылған әдіс бір сағат ішінде нәтиже берді. Сокслет экстракциясы 24 сағатқа созылды және дәннің құрғақ салмағына негізделген 16,61 TP3T шикі мұнай өнімділігін берді.

Температура өнімнің өнімділігіне ең маңызды әсер етті. Процесс температурасы 25°C-тан 45°C-қа дейін көтерілген сайын өнімділік артты. Еріткіш неғұрлым жылы болса, соғұрлым тұтқырлығы аз болады, май молекулаларының кеуекті кофе материалы арқылы өтуі соғұрлым оңай болды.

Дегенмен, гексанның қайнау температурасына жақын температура (68,7°C) нәтижелерді жақсартпады. Өнімнің өнімділігі, әсіресе 90 минуттық циклдар кезінде төмендеді. Топ бұл төмендеуді еріткіш пен эфирлік кофе майлары арасындағы сәйкессіздіктің артуымен байланыстырды.

Температураның жоғарылауы май мөлшерін көбейтуді білдірмейді.

Уақыт ұқсас үлгіде өтті. Қалпына келу 60 минутқа дейін жақсарды, содан кейін тұрақталды немесе аздап баяулады. Жүйе алғашқы сағат ішінде тепе-теңдікке жеткен сияқты.

Еріткіш қатынасының да шектеулері болды. Гексанның тым аз мөлшері тез қанығуға әкелді, ал тым көп мөлшері тиісті өсімді қамтамасыз етпеді. Бір граммға 35 миллилитр қатынасы ең жақсы тепе-теңдікті қамтамасыз етті.

Май сапасы оңтайландырылған процесті эталондық процестен одан әрі ерекшелендірді. Экстракттың тек 0,31 ТП3Т-сы май қышқылының метил эфирлеріне айналдырылмаған қоспалардан тұрды. Сокслет әдісімен алынған экстракт құрамында 3,91 ТП3Т болды.

Негізгі май қышқылдары зерттелген жағдайларда тұрақты болып қалды. Линол қышқылы профильдің шамамен 441 TP3T құрады, ал пальмитин қышқылы шамамен 351 TP3T құрады. Олеин қышқылы шамамен 81 TP3T, ал стеарин қышқылы шамамен 71 TP3T құрады.

Бұл тұрақтылық жоғары температурада өнім өнімділігінің төмендеуі маңызды май қышқылдарының термиялық зақымдануынан емес екенін көрсетті. Ауыр жағдайлар анықталмаған материал мөлшерінің орташа өсуіне әкеліп, 1,7% жетті.

Май қышқылдарының құрамы отын өндіруде де маңызды рөл атқарады. Бұл қосылыстар биодизельдің тұтанғыштық, тотығу тұрақтылығы және төмен температуралық көрсеткіштер сияқты қасиеттеріне әсер етеді.

Қатты қалдық өзінің құндылығын сақтайды.

Мұнайды кетіру топырақтың қалған пайдалы қасиеттерін жоғалтқан жоқ. Бастапқы құрғақ материалдың құрамында 8,81 TP3T целлюлоза, 30,91 TP3T гемицеллюлоза және 17,91 TP3T лигнин болды. Күлдің мөлшері 6,21 TP3T болды.

«Біздің зерттеуімізде мұнайды алу материалдың қалған бөлігін басқа мақсатта пайдалануға болмайды дегенді білдірмейтінін де көрсеттік», - деді зерттеуге қатысқан Химиялық инженерия кафедрасының зерттеушісі Франческ Медина.

Оңтайландырылған өңдеу целлюлоза мен гемицеллюлозаны сақтап қалды. Сонымен қатар, қатты заттардағы лигнин концентрациясы 20%-ден асты, бұл Soxhlet аппаратында немесе ультрадыбыстық зерттеуде қарқынды өңдеуден кейін өлшенген мәндерден жоғары.

Бұл сақтау тұрақты биотазарту үшін өте маңызды. Майлар еріткіштер мен катализаторлардың өсімдік материалындағы қанттар мен лигнинге енуіне жол бермейді. Майды кетіру материалдың құрылымын айтарлықтай өзгертпестен алдын ала өңдеу ретінде әрекет етеді.

Майсыздандырылған ұнды биоэтанол, сүт қышқылы және полигидроксиалканоаттарды өндіру үшін пайдалануға болады. Оның лигнин фракциясы экологиялық таза авиациялық отын немесе фенолдық қосылыстар өндіру үшін шикізат көзі ретінде де қызмет ете алады.

Жылдам құралдар қосымша қиындықтар туғызды.

Топ пакеттік әдісті ультрадыбыстық және микротолқынды экстракциямен салыстырды. Микротолқынды экстракция бес минут ішінде 12,51 TP3T май және 20 минут ішінде 14,71 TP3T май берді. Ультрадыбыстық экстракция 15 минут ішінде 12,51 TP3T және 30 минут ішінде 14,31 TP3T берді.

Екі әдіс те бастапқы кезеңдерді жеделдетті. Процесс жылдам масса алмасудан тепе-теңдікке өткен сайын олардың тиімділігі төмендеді.

Екі әдіс те мұнай тазалығын, жалпы тиімділікті, энергия тұтынуды немесе масштабталуды жеткілікті түрде жақсартпады. Екеуі де оңтайландырылған партиялық процеске қарағанда көбірек майсыз материалдар өндірді. Авторлар экстракция уақытының қысқаруына қарамастан, одан әрі қарқындылық ақталмаған деген қорытындыға келді.

Зерттеудің практикалық салдары

Кофе қалдықтары көбінесе қоқыс полигондарында жиналады, онда олар ыдырау кезінде метан бөледі. Оларды шикізат ретінде пайдалану осы көп мөлшердегі қалдықтардан құнды ресурстарды алуға мүмкіндік береді.

Оңтайландырылған әдіс екі пайдалы нәтижеге қол жеткізеді: биодизель өндірісіне жарамды май қышқылдарына бай таза майды өндіреді, содан кейін сақталған өсімдік матрицасын одан әрі өңдеу үшін сақтайды.

Бұл тәсіл жеуге жарамды дақылдарға тәуелді емес екінші буын отындарына арналған шикізат құнын төмендетуге көмектеседі. Бұл жоғары энергиялы жаңартылатын отындар маңызды рөл атқаратын ауыр көлік және авиация үшін өзекті болуы мүмкін.

Орташа процестің жылдамдығының арқасында бұл жұмыс болашақ биоөңдеу зауыттарына жұмыс істеу диапазонын айқындауға мүмкіндік береді. Нәтижесінде тиімді мұнай алу ғана емес, сонымен қатар кофе ұнтағын тастамас бұрын көбірек пайдалану мүмкіндігі де бар.

Зерттеу нәтижелері Biomass and Bioenergy журналында онлайн режимінде қолжетімді.

«Жаңа процесс қалдық кофе ұнтағынан 90% майын бөліп алып, таза биодизель отынын өндіреді» атты түпнұсқа мақала The Brighter Side of News басылымында жарияланды.

Ұқсас мақалалар

• Зерттеушілер кофе қалдықтарын Альцгеймер ауруына қарсы қаруға айналдырды.

• Ғалымдар кофе мен пластик қалдықтарын пайдаланып, көміртекті ұстап қалудың жаңа әдісін жасап жатыр.

• Кофе тұтыну қартаюдың баяулауымен және денсаулықтың жақсаруымен байланысты екені дәлелденген.

Сізге осындай жағымды әңгімелер ұнай ма? Жазылыңыз Жаңалықтардың жарқын жағы туралы ақпараттық бюллетень .