Кофейная гуща оказалась ценным строительным материалом: учёные нашли способ сделать бетон на 30% прочнее

Австралийские учёные обнаружили, что обычная кофейная гуща после специальной обработки способна повысить прочность бетона на 30%. Разработанная ими технология позволяет одновременно решить две экологические проблемы: сократить количество отходов на свалках и уменьшить потребность строительной отрасли в природном песке. Причём материал уже прошёл первые испытания за пределами лаборатории.

Ежегодно в мире образуется около 10 миллиардов килограммов кофейных отходов. Большая их часть отправляется на свалки, где органические остатки разлагаются и выделяют парниковые газы, в том числе метан и углекислый газ. Как объясняет инженер Мельбурнского королевского технологического университета Раджив Ройчанд, утилизация таких отходов представляет серьёзную экологическую проблему, поскольку эти выбросы способствуют изменению климата.

Одновременно растёт спрос на бетон, а вместе с ним и потребность в песке, необходимом для его производства. Песок часто добывают из русел рек и с их берегов, что наносит ущерб окружающей среде. По словам инженера Цзе Ли, природные запасы ограничены, а последствия добычи могут сохраняться десятилетиями. Поэтому строительной отрасли необходимы способы сократить потребление этого ресурса.

Кофейная гуща могла бы стать частичной заменой песка, но есть существенное препятствие: добавлять её непосредственно в бетон нельзя. Содержащиеся в органических остатках вещества выделяются в строительную смесь и снижают её прочность.

Исследователи нашли способ обойти это ограничение. Они нагрели кофейные отходы до температуры выше 350 градусов Цельсия в условиях недостатка кислорода. Такая обработка называется пиролизом. При нагревании органические молекулы разрушаются, а гуща превращается в биоуголь — пористый материал с высоким содержанием углерода.

В отличие от необработанных кофейных остатков, полученный биоуголь способен образовывать связи с компонентами цементной смеси и встраиваться в её структуру. Именно это свойство позволило исследователям получить бетон, прочность которого оказалась на 30% выше.

При этом температура обработки имеет большое значение. Учёные также попробовали нагревать кофейную гущу до 500 градусов, однако полученные частицы биоугля оказались менее прочными. Таким образом, более сильный нагрев не обеспечил лучшего результата.

Несмотря на обнадёживающие показатели, исследователи пока не готовы утверждать, что новый материал сможет полностью заменить привычные строительные смеси. Главный нерешённый вопрос — его долговечность.

Сейчас команда проверяет, как бетон с кофейным биоуглём переносит многократное замораживание и оттаивание, поглощение воды, истирание и другие нагрузки. Эти испытания необходимы, чтобы понять, насколько материал подходит для длительной эксплуатации.

Параллельно учёные изучают возможность получения аналогичных добавок из древесных, пищевых и сельскохозяйственных отходов. Такой подход позволил бы использовать в строительстве сразу несколько видов органического мусора.

Инженер Шеннон Килмартин-Линч подчёркивает, что исследование пока находится на ранней стадии, однако уже демонстрирует перспективный способ уменьшить объём отходов, поступающих на свалки. По его словам, одним из источников вдохновения стала традиционная для коренных народов Австралии идея бережного отношения к земле, предполагающая разумное использование материалов на протяжении всего их жизненного цикла.

При этом технология уже вышла за пределы лабораторных экспериментов. В 2024 году университет совместно с местными властями впервые испытал новый бетон в реальных условиях. В городе Гисборн, штат Виктория, построили пешеходную дорожку, разделённую на несколько участков. Один изготовили из бетона с кофейным биоуглём, другой — с биоуглём из древесной щепы, а третий, контрольный, — из обычного бетона. Такое сравнение позволяет оценивать поведение материалов в одинаковых условиях эксплуатации.

Позднее в том же году бетон с кофейной добавкой применили в более крупном инфраструктурном проекте — при модернизации дорог в районе Пакенхэма, также в штате Виктория. Это стало первым использованием разработки в рамках масштабного строительства.

По оценке подрядчика BildGroup, при сооружении пешеходной дорожки удалось переработать количество кофейной гущи, соответствующее примерно 140 тысячам чашек кофе. Кроме того, использование новой смеси позволило сэкономить более трёх тонн природного песка.

В начале 2025 года разработка получила приз зрительских симпатий в категории решений практических проблем на австралийской университетской премии «Формируя Австралию». Исследователи сообщили, что работают с коммерческим партнёром над экономическим обоснованием вывода материала на рынок.

Таким образом, технология уже прошла путь от лабораторного образца до использования на настоящих строительных объектах. Однако её дальнейшее распространение будет зависеть от результатов испытаний на долговечность и возможности организовать коммерческое производство.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Cleaner Production.