Результаты работы опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Главная проблема переработки кофейной гущи — высокое содержание влаги (около 55%). Традиционные методы термической переработки требуют длительной и энергозатратной сушки сырья, что делает процесс экономически невыгодным. Ежегодно в мире образуется более 10 миллионов тонн кофейной гущи, большая часть которой отправляется на свалки или сжигается, что влечет выбросы парниковых газов и загрязнение почвы.
Ученые предложили принципиально иной подход — пламенную плазменную пиролизацию. Установка на сжиженном нефтяном газе генерирует высокотемпературную плазменную струю, которая нагревает влажную кофейную гущу до 800–900 °C. Под воздействием интенсивного теплового потока влага внутри частиц мгновенно испаряется, вызывая своеобразный «эффект попкорна»: резкий рост давления внутри частиц разрывает их структуру изнутри, формируя развитую пористую поверхность.
За 90 секунд масса сырья сокращается на 83,3%, а получившийся биоуголь обладает теплотворной способностью 29,0 МДж/кг — на 33% выше, чем у исходной гущи, и сопоставимо с показателями антрацита (25,1–29,3 МДж/кг). Содержание фиксированного углерода вырастает втрое — с 15,6% до 46,2%, а удельная площадь поверхности достигает 115 м²/г. Немаловажно и то, что сера, содержавшаяся в исходном сырье, полностью удаляется в процессе обработки — это означает минимальные выбросы SOx при сжигании топлива.
По скорости процесс превосходит традиционные методы в 90–120 раз: обычная торрефакция требует не менее 30 минут и предварительно высушенного сырья для достижения сопоставимых показателей. При этом присущая биомассе влага перестает быть препятствием — напротив, она становится активирующим агентом, способствующим формированию пористой структуры биоугля.
Авторы считают технологию перспективной для децентрализованной переработки органических отходов с высоким содержанием влаги непосредственно на месте их образования — без затрат на транспортировку и дорогостоящую предобработку.