در سطح جهانی، هر روز میلیون‌ها فنجان قهوه از سوی انسان‌ها مصرف می‌شود و در این بین، مقدار فراوانی از دانه‌های قهوه به‌عنوان پسماند دور ریخته می‌شود. این جریان وسیع از سطح قهوه‌ای دورریز به‌ویژه به‌عنوان فرصتی بزرگ برای تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و همچنین مواد شیمیایی با ارزش محسوب می‌شود. محققان دانشگاه Universitat Rovira i Virgili – URV یک شیوه مؤثر برای استخراج روغن از ضایعات قهوه پس از مصرف ابداع کرده‌اند که امکان بهره‌وری از بخش‌های باقی‌مانده را در صنایع دیگر نیز مهیا می‌سازد. این نتیجه که در نشریه Biomass and Bioenergy منتشر شده، پتانسیل چشمگیر ضایعات قهوه که هر سال حدود ۱۰ میلیون تن در دنیا تولید می‌شود، را به نمایش گذاشته است. این ضایعات شامل تقریباً ۱۵ درصد چربی (لیپید) هستند که قابلیت تبدیل به سوخت زیستی (بیودیزل) را دارند.
کشف شیوه‌ای مؤثر برای استخراج روغن از ضایعات قهوه
تیم تحقیقی از بخش مهندسی شیمی دانشگاه URV سه عامل اصلی را برای شناسایی بهترین روش استخراج روغن‌های ارزشمند از ضایعات قهوه بررسی کردند: دمای استخراج، زمان فرآیند، و نسبت حلال به ضایعات قهوه. آن‌ها از حلال «ان-هگزان» استفاده کرده و در نهایت توانستند شرایط بهینه را مشخص کنند. ماگدالنا کونستانتی خاطرنشان کرد: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که دمای مناسب برای استخراج ۴۵ درجه سانتی‌گراد به مدت ۶۰ دقیقه و نسبت ۳۵ میلی‌لیتر هگزان به ازای هر گرم پسماند خشک است.»
این روش به محققان این امکان را داد که تقریباً ۹۰ درصد روغنی را که با استفاده از روش استاندارد آزمایشگاهی Soxhlet استخراج می‌شد، بازیابی کنند. در حالی که ساکسله به‌عنوان یک روش مؤثر شناخته می‌شود، اما معمولاً زمان بیشتری به‌خود اختصاص می‌دهد، انرژی بیشتری طلب می‌کند و در مقیاس‌های صنعتی کاربرد کمتری دارد. روش جدید همچنین روغنی با خلوص بالاتر به دست آورد که تنها ۰٫۳ درصد ناخالصی دارد، در حالی که در روش ساکسله این میزان ۳٫۹ درصد بود. ترکیب اسیدهای چرب روغن استخراج شده، به‌ویژه اسیدهای لینولئیک و پالمیتیک، حاکی از پتانسیل بالای این روغن برای استفاده در تولید سوخت زیستی است.
ضایعات قهوه، فراتر از تولید سوخت زیستی
استخراج روغن تنها بخش کوچکی از این پتانسیل را شامل می‌شود. دانشمندان همچنین بر آن بودند که اطمینان حاصل کنند که فرآیند استخراج چربی‌ها به مواد باقی‌مانده قهوه، که خود حاوی ترکیباتی لازم برای تولید سوخت‌ها و مواد شیمیایی بیشتر هستند، آسیب نرساند. فرنسسک مدینا، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی تأکید کرد: «در تحقیقات ما نشان می‌دهیم که استخراج روغن به معنای بی‌استفاده ماندن سایر اجزای مفید نیست.» هدف اصلی، حفظ ساختار مواد باقی‌مانده قهوه، یعنی ماتریس لیگنوسلولزی، بود. این ماتریس شامل سلولز، همی‌سلولز و لیگنین است که می‌تواند به تولید محصولاتی همچون بیواتانول، اسید لاکتیک، پلی‌هیدروکسی‌آلکانوات‌ها، ترکیبات فنولیک و مواد اولیه برای سوخت‌های پایدار هوانوردی تبدیل شود. به‌واقع، حذف روغن می‌تواند فرآیندهای بعدی را تسهیل کند، زیرا چربی‌ها ممکن است به‌عنوان مانعی در برابر دستیابی حلال‌ها و کاتالیست‌ها به سایر اجزای مفید گیاهی عمل کنند.
رویکردی ساده به تولید سوخت زیستی پایدار
تیم تحقیقات همچنین روش‌های نوآورانه‌تری برای استخراج، نظیر تکنیک‌های مبتنی بر امواج فراصوت یا مایکروویو را مورد بررسی قرار داد، اما هیچ یک نتوانستند بهبود قابل توجهی در کارایی کلی ارائه دهند. با توجه به خلوص روغن، بازده استخراج، نیازهای انرژی و پتانسیل مقیاس‌پذیری صنعتی، شیوه متداول دسته‌ای با استفاده از ان-هگزان در شرایط میانگین به‌عنوان گزینه‌ای متعادل‌تر و مؤثرتر شناسایی شد. این ترکیب از کارایی و کاربرد عملی آن می‌تواند در بیورفاینری‌ها (تاسیساتی که کالاهای زیستی را به سوخت، مواد شیمیایی و دیگر محصولات تبدیل می‌کنند) بسیار حائز اهمیت باشد.
این پژوهش همچنین به حمایت از هدف کلی‌تر ایجاد اقتصاد چرخشی یاری می‌رساند؛ در این نظام، مواد غیرقابل استفاده دوباره به نحوی که ارزش افزوده‌ای ایجاد شود، مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. این روند به‌ویژه در صنایعی که به دنبال سوخت‌های تجدیدپذیر هستند، از جمله در حمل و نقل سنگین که برقراری برق‌رسانی در آن‌ها دشوار است، بسیار مورد توجه است. دانیل مونتانه، یکی دیگر از محققان این پروژه، افزود: «هدف ما تبدیل یک محصول زائد که معمولاً کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد به انواع حامل‌های انرژی و مواد شیمیایی زیستی است تا آثار زیست‌محیطی ناشی از انباشت آن را کاهش دهیم.» نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که ضایعات قهوه می‌تواند به منابع مهمی برای تولید سوخت‌های تجدیدپذیر و دیگر مواد با ارزش تبدیل شود و از این پسماند عمومی، امکان دریافت محصولات صنعتی متنوعی به‌وجود آید.