Кофейная гуща — массовый отход, который негативно влияет на состояние окружающей среды, например, на свалках выделяет метан — мощный парниковый газ. Ее утилизация является экологической проблемой.

Актуальность: использованная кофейная гуща может стать ценным сырьем для производства различных продуктов массового спроса.

Цель работы : создать топливные брикеты на основе кофейного жмыха и доказать, что кофейный жмых — это не мусор, а ценный вторичный ресурс.

Задачи проекта:

1. Изучить литературные источники по данной тематике;
2. Произвести подбор метода и рецептуры для создания CoffeeFuel;
3. Получить «кофейное биотопливо»;
4. Оценить качество полученного продукта.

Гипотеза: отработанная кофейная гуща может использоваться для создания кофейного биотоплива в виде топливных брикетов.

Методы исследования:

1. Изучение литературы и других источников информации.
2. Теоретический метод исследования — систематизирование материала, подбор рецептуры и метода создания топливных брикетов на основе кофейной гущи.
3. Практико-ориентированный метод — постановка эксперимента и анализ результатов, проведение процесса получения CoffeFuel и оценки его показателей.

Практическая значимость: состоит в разработке метода и подбора рецептуры для практического получения нового продукта CoffeFuel, апсайклинг в действии.

Методика создания топливных брикетов

1. Подготовка сырья. Первым этапом для создания топливных брикетов является подготовка основного сырья — кофейной гущи. Кофейную гущу первоначально просушили на воздухе, расположив её тонким слоем, для избежания её заплесневения. Для исследования различных рецептур брикетов было принято решение, использовать дополнительные компоненты: крахмал, макулатуру (для лучшей сцепке брикетов) и опилки [2].
2. Смешивание необходимых компонентов в необходимых соотношениях, согласно рецептуре, приведенной в таблице 1. Для каждого отдельного замеса использовали 100 г кофейной гущи, поскольку небольшой объем удобен в работе и не требует длительной сушки брикетов. Для использования макулатуры, её необходимо измельчить и размягчить водой, после набухание массы, измельчить дополнительно с помощью миксера [3]. Так же предварительно необходимо приготовить раствор крахмального клейстера.

Таблица1

Рецептура образцов

Крахмальный клейстер — это самодельный клей на основе крахмала и воды, обладает высокой адгезией — особенно к пористым поверхностям — бумаге, картону, ткани, дереву; экологичностью — в отличие от синтетических клеев, не содержит токсичных компонентов, легко смывается водой до высыхания; биоразлагаемостью — в отличие от многих промышленных синтетических клеев, клейстер полностью биоразлагаем и безопасен, даже при случайном проглатывании.

Для создания крахмального клейстера: в стакан объемом 200 мл добавили 5 больших ложек картофельного крахмала, залили кипятком и перемешивали до однородной консистенции и загустения. Для применения раствор необходимо остудить.

3. Прессование и формовка брикетов. Поскольку у нас, не было специального оборудования, мы изготавливали брикеты ручным методом. На промышленном производстве брикеты получаются прямым прессованием на брикетировочном прессе. Для изготовления брикетов была использована достаточно прочная формочка из твердого пластика, в ней были проделаны отверстия, для удаления излишней влаги. В неё помещали измельченную биомассу, которую плотно утрамбовывали, при этом вся лишняя вода удалялась через отверстия.
4. Сушка. Формочки с брикетами помещались на батарею на 3–5 суток, в зависимости от толщины брикета.

Таким образом, были изготовлены 7 видов топливных брикетов на основе кофейной гущи. Однако, только 3 вида образцов оказались достаточно плотными и крепкими, остальные, к сожалению, не обладали достаточной прочностью. Результат показан на рисунке 1. Установлено, что брикеты на основе только кофейного жмыха оказались самыми хрупкими, то есть для их спрессовки необходимо использовать только специализированное оборудование, в котором достигается более высокое давление на кофейную массу. Однако образцы с содержанием в своем составе макулатуры, опилок оказались достаточно прочными, даже при прессовки ручным методом.

Рис. 1. Готовые топливные брикеты

Для оценки полученных топливных брикетов, их разожгли, показано на рисунке 2 (розжиг производился при соблюдении техники безопасности).

Брикеты быстро и легко разожглись, во время горения от них был сильный жар. Для оценки температуры, использовали пирометр (бесконтактный термометр). Максимальный результат измерения показан на рисунке 2. Время горения брикета массой 25–35 г достигало 15–20 минут.

Рис. 2. Горение полученных топливных брикетов

Для оценки брикетов, была рассчитана их плотность. Результаты вы можете видеть в таблице 2. Данные значения сравним со стандартом евробрикетов. Средняя плотность евробрикетов составляет 0,75–1,4 г/см ³ .

У нас максимальное значение плотности составило 0,50 г/см ³ , но при этом мы использовали ручной метод создания брикетов, при котором невозможно добиться такого же давления, как при промышленном производстве. Таким образом, значения плотности брикета из кофейной гущи, крахмала и макулатуры составляет 0,50 г/см ³ , показывает достаточно хороший результат, близкий к стандарту. Можно заключить, что при промышленном производстве плотность будет достигать стандарта евробрикетов.

Таблица 2

Значения массы, объема и плотности брикетов

Выводы:

1. Установлено, что кофейная гуща подходит в качестве сырья, для изготовления топливных брикетов, при этом возможны различные комбинации рецептов.
2. Самые лучшие результаты показали брикеты из смеси кофейного жмыха и макулатуры; кофейного жмыха, опилок и макулатуры. Использование крахмального клейстера необходимо, только при использовании в рецептуре большего количества макулатуры, в противном случае, его использование неактуально.

Литература:

1. https://rg.ru/2025/12/12/world-population-review-rossiiane-vypivaiut-389-tysiach-tonn-kofe-v-god.html
2. https://www.rbc.ru/wine/news/672b85529a7947fc54f9f1ec
3. Кутузов, А. А. Наиболее перспективные направления переработки кофейной гущи в России в строительной отрасли / А. А. Кутузов, Е. С. Ткаченко, Ю. С. Бойцова // Вестник евразийской науки. — 2024. — Т. 16. — № 2.