Espresso, americano of macchiato, er zijn vele manieren om van koffie te genieten, met talloze mogelijkheden voor de keuze van bonen en melanges. Voor velen is het een ritueel, voor anderen een gewoonte. Het maakt niet uit of het een cortado of een dubbele espresso is, van elk kopje blijft koffiedrab over. Deze restjes bevatten echter nog steeds waardevolle voedingselementen. Onderzoekers van de Britse Aston University voerden koffiedrab aan microalgen die daardoor biodiesel produceerden.
Waarom is gebruikte koffie geschikt voor de productie van biodiesel?
Koffieafval is namelijk rijk aan bepaalde oliën, die de belangrijkste voedingsstof zijn voor algen en waaruit ook biodiesel bestaat. “Koffiedrab bevat 10 tot 15 procent oliën. In een eerder onderzoek naar manieren om daaruit biodiesel te produceren, begrepen we het potentieel. Gebruikte koffie bevat verder antioxidanten en eiwitten, voedingsstoffen die organismen helpen bloeien,” vertelt Dr. Vesna Najdanovic. Als scheikundig ingenieur werkte ze samen met haar collega Dr. Jiawei Wang in het team van Aston University als onderdeel van een internationaal project gefinancierd door het Global Challenges Research Fund, gepromoot door het UK Research and Innovation.
Biodiesel is doorgaans afkomstig van gewassen. Bijvoorbeeld van palmolie uit palmbomen. Andere oliebronnen zijn sojabonen en zonnebloemen. Dat leidt echter tot ontbossing van grote gebieden in het zuidoosten van Azië. Ook veroorzaakt het emissies van broeikasgassen van vele duizenden tonnen per jaar. Een alternatief is het kweken van microalgen. Britse wetenschappers kozen de Chlorella vulgaris vanwege zijn weerstand tegen ongunstige omstandigheden en binnendringende organismen.
Brouwprocessen
De gebruikte koffie diende als voedingsbodem voor de microalgen. Verder gebruikten de wetenschappers alleen water en licht. Licht bevordert het groeiproces, omdat algen het gebruiken om kooldioxide te absorberen en zo tot wasdom te komen. Na een eerste snelgroeiend moment bereikt de Chlorella vulgaris een groeiplafond. Tijdens het hele proces namen de onderzoekers monsters van de algen om alle parameters bij te houden.
“De biomassa wordt vervolgens eerst door filtratie uit het water gehaald en gedroogd. Daarna winnen we de oliën uit de biomassa van de microalgen terug met behulp van een organisch oplosmiddel; een zogenaamde vast-vloeistofextractie. Met andere woorden, het oplosmiddel haalt selectief oliën uit de vaste biomassa. Iets wat vergelijkbaar is met brouwprocessen zoals koffiezetten, waar water het oplosmiddel is dat de smaken extraheert. In ons geval haalt het organische oplosmiddel de oliën eruit. Op dat moment zijn de oliën klaar voor de synthese van biodieselbrandstoffen,” legt de onderzoeker uit.
Hogere efficiëntie
De chemische samenstelling van biodiesel bestaat uit vetzuurmethylesters: FAME. De onderzoekers van Aston ontdekten dat de FAME-configuratie in de van algen afgeleide brandstof stabiel is. “Maar om de prestaties te vergelijken met die van conventionele biodieselbrandstoffen, hebben we meer analyses en verbrandingsexperimenten nodig”, benadrukt Najdanovic.
Toch is koffiedik veelbelovender dan andere manieren om algen te voeden. Een conventionele manier is het kweken van microalgen in water. Deze methode resulteert in een zeer verdunde output met een totaalgehalte aan vaste stof van minder dan één procent. Daarom wordt het oogsten van algen een duur en energie-intensief proces. Om die reden hebben wetenschappers eerder geëxperimenteerd met vaste dragers, waarbij algen werden gekweekt op polyurethaanschuim of nylon. Enerzijds bleek dit een goed bodemsysteem, waardoor de organismen gemakkelijker konden worden geoogst. Anderzijds hadden de algen extra voedingsstoffen nodig om zich te ontwikkelen. Gebruikte koffie is stevig en voedzaam genoeg; het belangrijkste is dat het overal beschikbaar is.
Paddenstoelen, brandstoffen en houtblokken van gebruikte koffie
Dagelijks worden wereldwijd 2,25 miljard koffiekopjes geconsumeerd. Vooor elk kopje wordt gemiddeld 11 gram koffie gebruikt, wat resulteert in 18 miljoen ton natte koffiedrab per jaar. Er zijn inmiddels verschillende manieren bedacht om deze voedselrijke afvalstroom te recyclen. Een koffierecyclingfabriek in het Verenigd Koninkrijk verwerkt gebruikte koffie tot haardblokken. Het bedrijf stelt dat de houtblokken meer hitte afgeven en langer branden en milieuvriendelijker zijn dan ovengedroogd hout.
Het Britse GroCycle gebruikt koffiedik om paddenstoelen te kweken, omdat het een gemakkelijkevoedingsbodem is die niet verder gesteriliseerd hoeft te worden, zoals bij conventionele champignonteelt. Dunkin’ Donuts gebruikte zelf gebruikte koffie voor de productie van biodiesel om een huis van energie te voorzien.
“Microalgen behoren tot de derde generatie grondstoffen. Dat betekent dat ze niet concurreren met gewassen die voor voedsel worden gebruikt, zoals sojabonen en koolzaad. Het feit dat het kan worden geproduceerd op niet-akkerland is ook een groot voordeel,” benadrukt Najdanovic.
Schaalvergroting
Tot nu toe vonden alle proeven plaats in laboratoria. Om de echte haalbaarheid van de methode te begrijpen, is schaalvergroting nodig. “Meer onderzoek zal ons helpen de technische aspecten van de oogst, behandeling en biodieselproductie uit te zoeken,” voegt de ingenieur eraan toe. “Het zou nuttig zijn om de groei op schaal van een proeffabriek te testen. Bovendien moeten we alle economische aspecten in overweging nemen, van de initiële investeringskosten tot de apparatuur en het rendement op de investering. Wat te doen met de resulterende biomassa is een andere vraag. We zijn op zoek naar mogelijkheden en bedrijven die geïnteresseerd kunnen zijn in dit soort onderzoek.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
