電化學里的循環(huán)經(jīng)濟：回收咖啡包裝制作3D打印細絲，用于生產(chǎn)電分析傳感器

導讀：隨著與全球變暖有關的問題不斷出現(xiàn)，世界各地的人們都在不斷尋找解決環(huán)境問題的方法。一個值得注意的方向就是如何解決日益嚴重的廢物問題，世界銀行估計到 2050 年全球廢物將增長到 34 億噸?？紤]到環(huán)境問題的嚴峻性，回收利用，尤其是循環(huán)經(jīng)濟的概念已經(jīng)逐漸為人所接受。

2023年5月30日，南極熊獲悉，來自圣卡洛斯聯(lián)邦大學 (USFCar) 、坎皮納斯州立大學 (UNICAMP) 和英國曼徹斯特城市大學 (MMU) 的一組研究人員正在開發(fā)一個3D 打印回收咖啡包以促進循環(huán)經(jīng)濟的項目。更具體地說，該團隊已成功使用廢棄咖啡包裝盒作為原材料來制造適用于 3D 打印的細絲。

這項研究以題為“Journal Logo Circular EconomyElectrochemistry: Creating Additive Manufacturing Feedstocks for CaffeineDetection from Post-Industrial Coffee Pod Waste”的論文被發(fā)表在《ACS Sustainable Chem. Eng》期刊上，由Evelyn Sigley, Cristiane Kalinke 等人撰寫。

相關論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c06514?fig=abs1&ref=pdf

事實上，這并不是第一個專門針對咖啡包的項目。近年來，這些一次性包裝一直是評論風暴的中心。根據(jù) Straits Research 的數(shù)據(jù)，到 2030 年，咖啡的全球市場預計將增長到約 50B 美元，美國和歐洲尤其依賴它們來獲取日常咖啡因。然而，關于它們到底有多“可持續(xù)”的爭議已經(jīng)出現(xiàn)，因為外包裝的回收可能很困難，而且許多人沒有這樣做。事實上，領先供應商之一的 Nespresso 表示，市面上目前只有大約 30% 的包裝盒被回收，這意味著大多數(shù)包裝盒最終都進入了垃圾填埋場。因此，越來越多的人正在尋找解決問題的方法，包括這次最新的項目嘗試。

△該項目涉及回收咖啡包（如圖所示）并將它們變成 3D 打印絲（圖片來源：Nespresso）

用回收的咖啡包制作 3D 打印絲

如上所述，盡管有可重復使用的包裝，并且一些制造商提倡回收鋁制包裝，但大多數(shù)塑料包裝通常只是簡單地丟棄。這是災難性的，根據(jù)技術研究所 (IPT) 進行的一項研究，使用咖啡膠包裝對環(huán)境的危害是使用濾紙的 14 倍。但是可以做些什么來解決這一點呢？

事實上，我們可以轉變一下思路，那就是經(jīng)濟活動產(chǎn)生的廢物不被視為環(huán)境問題，而是被視為可以推動新舉措的寶貴資源。這正是推動“循環(huán)經(jīng)濟”理念的動力，這個項目就是一個明顯的例子。包裝沒有像垃圾一樣被丟棄，而是獲得了第二次生命。在這種情況下，研究人員發(fā)現(xiàn)這些包裝的聚合物基可用于制造高附加值的設備。也就是說，從這種廢物中，可以獲得具有巨大潛力的材料，用于制造創(chuàng)新和高質(zhì)量的產(chǎn)品。

△這張圖片顯示了研究人員嘗試生產(chǎn)3D打印細絲的過程

為了找到這些廢物的新解決方案，研究人員開發(fā)了使用非導電 PLA（聚乳酸）細絲的電化學電池和使用添加了炭黑的導電細絲的電化學傳感器。炭黑是一種從碳氫化合物的不完全燃燒中獲得的副晶碳。位于阿拉拉斯的 UFSCar 傳感器、納米醫(yī)學和納米結構材料實驗室 (LSNano) 的協(xié)調(diào)員、該文章的合著者 Bruno Campos Janegitz 解釋說，電化學傳感器用于確定綠茶和阿拉比卡咖啡中咖啡因的百分比。

△圖. (A) 用于定制導電和非導電燈絲生產(chǎn)的方法示意圖。(B) 熔體流動指數(shù)與 PLA 電池的循環(huán)次數(shù)。(C) 定制導電絲的熱重分析，以及與回收 PLA 和商業(yè)采購的導電 PLA 絲的比較。(D) 活化的 8.78% PES 電極的 XPS C 1s 數(shù)據(jù)，突出顯示活化后石墨碳峰的出現(xiàn)。(E) 激活的 8.78% PES 電極的 SEM 表面圖像。

Bruno 解釋道：“我們對PLA 包裝廢料進行簡單地清洗和干燥，然后通過行熱擠壓來獲得非導電材料。為了獲得導電材料，我們在加熱和擠壓之前向回收材料內(nèi)添加炭黑。然后將擠出的材料冷卻并卷繞成所需的長絲?！?

這種由咖啡包裝制成的新細絲帶來了思維上的重大轉變。廢物不再被視為對環(huán)境有害的東西，而是被視為可以轉化為有用和有益的東西的寶貴資源。此外，這種做法不僅有助于減少運往垃圾填埋場的廢物量，還可以充分利用現(xiàn)有資源，避免使用新材料，從而減少對環(huán)境的影響。