科學家展示了一種全新的等離子體基礎處理工藝，能夠將濕咖啡廢料轉化為高性能的生物炭，無需進行任何預乾燥處理。這項技術可望解決生物質回收中最大的挑戰之一，同時創造出一種有價值的可再生燃料來源。這項技術由韓國地質資源研究所 (KIGAM) 的研究人員開發，該系統能夠在不到兩分鐘的時間內將含水量較高的咖啡渣轉換為富碳的生物炭。所得材料的能量含量與無煙煤相當，為將困難的廢料轉化為有用資源提供了一種潛在的途徑。
新技術能有效轉化濕咖啡廢料為生物炭
研究人員相信，這項技術可以幫助降低廢物處理成本，同時擴大分散式廢物轉化為能源系統的機會。高含水量長期以來一直 complicate 從有機廢物中回收能量的努力。大多數生物質轉化技術在處理之前需要單獨的乾燥階段，這增加了成本和能耗。KIGAM 團隊設計的火焰等離子體熱解系統消除了這一要求。該過程利用通過液化石油氣和壓縮空氣燃燒產生的等離子體火焰。這些火焰的温度介於約 1,470°F 和 1,650°F 之間，使系統能夠直接處理濕生物質。
水分不僅不妨礙轉化，反而促進了該過程的進行。當被困在咖啡顆粒中的水迅速變成蒸汽時，壓力增高並產生微觀爆炸，研究人員將這一現象描述為“爆米花效應”。這些爆發將生物質結構打破，增加了孔隙率，加速了碳化。在優化條件下，該系統在僅 90 秒內實現了完全轉化。
所得的生物炭提供了 29.0 MJ/kg 的熱值，約比未處理的咖啡渣高出 33%。研究人員表示，該材料的性能與無煙煤類似。處理過程還使固定碳含量幾乎增加了三倍，從 15.6% 增加至 46.2%。同時，它完全去除了硫化合物，有助於防止燃燒過程中的二氧化硫排放。研究人員觀察到材料結構的另一個顯著改善。其比表面積大幅增加，形成了一種高度多孔的碳產品。這些特徵可能使生物炭在燃料應用之外也具有實用價值，潛在用途包括活性碳生產、過濾系統和工業吸附材料。
與傳統的生物質處理方法相比，該過程產生的煙霧和焦油也非常少。
速度是這項技術的一個主要優勢。水熱碳化系統處理生物質通常需要一至六小時，而熱解則可能需要 30 分鐘或更長時間。火焰等離子體熱解在不到兩分鐘的時間內完成轉化。研究人員表示，該系統通過使用燃燒產生的等離子體，而非能耗高的電力等離子體設備，從而降低了能源需求。雖然本研究集中於廢棄咖啡渣，但團隊相信這項技術還可以處理其他高水分的廢料，包括食品廢料、污水污泥和農業殘留物。
主要作者樸泰俊博士表示，這項技術提供了一種新的視角來看待有機廢物。工業界可以將其視為能源和有價值碳材料的來源，而非處理的問題。團隊計劃將這一過程擴展到其他類型的廢物，並繼續優化以便於商業規模的部署。這項研究發表在《化學工程雜誌》上。