Narong Khueankaew/Shutterstock

Over de hele wereld doordringt de koffiecultuur het dagelijks leven, stimuleert de productiviteit en genereert tegelijkertijd een aanzienlijke ecologische voetafdruk. Elk jaar gooit de mensheid ruim zeven miljoen ton koffiedik weg – een hoeveelheid die zelfs de meest biologisch afbreekbare afvalstromen overweldigt. Een onderzoeksteam van de RMIT Universiteit in Melbourne heeft van deze uitdaging een kans gemaakt en ontdekt dat deze gronden, onder specifieke omstandigheden, beton daadwerkelijk kunnen versterken.

Hun bevindingen, gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production (2023) laten zien dat het omzetten van koffiedik in biochar (een houtskoolachtig materiaal geproduceerd door pyrolyse) en het opnemen ervan in plaats van een deel van het zand in standaard betonmengsels een composiet oplevert dat qua duurzaamheid beter presteert dan conventioneel beton.

De ontdekking is niet alleen een noviteit, maar richt zich ook op twee dringende milieuproblemen:het zorgt ervoor dat organisch afval niet op stortplaatsen terechtkomt, waardoor de uitstoot van methaangas wordt verminderd, en het vermindert de afhankelijkheid van natuurlijk zand – een hulpbron waarvan de winning uit rivierbeddingen en kustgebieden snel uitgeput raakt. Dit dubbele voordeel zou de weg kunnen vrijmaken voor groenere bouwpraktijken en duurzamere woningen.

Beton is een van de meest alomtegenwoordige bouwmaterialen ter wereld, maar de productie ervan is volgens een onderzoek van Princeton University verantwoordelijk voor ongeveer 8% van de wereldwijde CO₂-uitstoot. Tegelijkertijd valt organisch afval zoals koffiedik uiteen en ontstaat methaan, een krachtig broeikasgas. Door deze gronden te herbestemmen tot versterkend materiaal kan de bouwsector tegelijkertijd zijn CO2-voetafdruk verkleinen en de uitstoot van methaan terugdringen.

Hoe koffiedik beton versterkt

Emanuele Cremaschi/Getty Images

Het RMIT-team vermeed het simpelweg toevoegen van ruw koffiedik aan beton – een methode die weinig structureel voordeel zou bieden – door het afval eerst aan pyrolyse te onderwerpen. Dit proces verwarmt de gronden in een zuurstofvrije omgeving, waardoor ze worden omgezet in biochar met een poreuze structuur met een groot oppervlak, vergelijkbaar met houtskool.

Er werden twee pyrolysetemperaturen getest:662°F (≈356°C) en 932°F (≈500°C). Opmerkelijk is dat biochar geproduceerd bij 662°F, wanneer gebruikt om 15% van het zand in een conventioneel mengsel te vervangen, beton produceerde dat 29,3% sterker was dan de controle. Biochar bij hogere temperaturen (932°F) was minder effectief, wat het belang van nauwkeurige temperatuurregeling voor optimale prestaties onderstreept.

De verbeterde sterkte wordt toegeschreven aan de microstructuur van de koffiebiochar. Het hoge oppervlak en de porositeit verbeteren de hechting met de cementpasta, waardoor de hechting aan het grensvlak en de algehele matrixcohesie worden verbeterd.

Hoewel de duurzaamheid op lange termijn onder extreme omstandigheden – zoals temperatuurwisselingen en slijtage – nog volledig moet worden geëvalueerd, zijn de voorlopige resultaten bemoedigend. Professor Jie Li, hoofdonderzoeker, merkt op:"De voortdurende winning van natuurlijk zand uit rivierbeddingen en kustlijnen zorgt voor ernstige druk op het milieu. Het ontwikkelen van duurzame alternatieven zoals biochar op basis van koffie is van cruciaal belang voor het behoud van een levensvatbare aanvoer van bouwmaterialen."