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

導(dǎo)讀：隨著與全球變暖有關(guān)的問(wèn)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(wèn)題的方法。一個(gè)值得注意的方向就是如何解決日益嚴(yán)重的廢物問(wèn)題，世界銀行估計(jì)到 2050 年全球廢物將增長(zhǎng)到 34 億噸�？紤]到環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)峻性，回收利用，尤其是循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(lái)自圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué) (USFCar) 、坎皮納斯州立大學(xué) (UNICAMP) 和英國(guó)曼徹斯特城市大學(xué) (MMU) 的一組研究人員正在開(kāi)發(fā)一個(gè)3D 打印回收咖啡包以促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的項(xiàng)目。更具體地說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)已成功使用廢棄咖啡包裝盒作為原材料來(lái)制造適用于 3D 打印的細(xì)絲。

這項(xiàng)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(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c06514?fig=abs1&ref=pdf

事實(shí)上，這并不是第一個(gè)專門針對(duì)咖啡包的項(xiàng)目。近年來(lái)，這些一次性包裝一直是評(píng)論風(fēng)暴的中心。根據(jù) Straits Research 的數(shù)據(jù)，到 2030 年，咖啡的全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到約 50B 美元，美國(guó)和歐洲尤其依賴它們來(lái)獲取日�？Х纫颉Ｈ欢�，關(guān)于它們到底有多“可持續(xù)”的爭(zhēng)議已經(jīng)出現(xiàn)，因?yàn)橥獍�裝的回收可能很困難，而且許多人沒(méi)有這樣做。事實(shí)上，領(lǐng)先供應(yīng)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(jìn)入了垃圾填埋場(chǎng)。因此，越來(lái)越多的人正在尋找解決問(wèn)題的方法，包括這次最新的項(xiàng)目嘗試。

△該項(xiàng)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(lái)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(fù)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(jiǎn)單地丟棄。這是災(zāi)難性的，根據(jù)技術(shù)研究所 (IPT) 進(jìn)行的一項(xiàng)研究，使用咖啡膠包裝對(duì)環(huán)境的危害是使用濾紙的 14 倍。但是可以做些什么來(lái)解決這一點(diǎn)呢？

事實(shí)上，我們可以轉(zhuǎn)變一下思路，那就是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的廢物不被視為環(huán)境問(wèn)題，而是被視為可以推動(dòng)新舉措的寶貴資源。這正是推動(dòng)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”理念的動(dòng)力，這個(gè)項(xiàng)目就是一個(gè)明顯的例子。包裝沒(méi)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(shè)備。也就是說(shuō)，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(xì)絲的過(guò)程

為了找到這些廢物的新解決方案，研究人員開(kāi)發(fā)了使用非導(dǎo)電 PLA（聚乳酸）細(xì)絲的電化學(xué)電池和使用添加了炭黑的導(dǎo)電細(xì)絲的電化學(xué)傳感器。炭黑是一種從碳?xì)浠�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(xué)和納米結(jié)構(gòu)材料實(shí)驗(yàn)室 (LSNano) 的協(xié)調(diào)員、該文章的合著者 Bruno Campos Janegitz 解釋說(shuō)，電化學(xué)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(dǎo)電和非導(dǎo)電燈絲生產(chǎn)的方法示意圖。(B) 熔體流動(dòng)指數(shù)與 PLA 電池的循環(huán)次數(shù)。(C) 定制導(dǎo)電絲的熱重分析，以及與回收 PLA 和商業(yè)采購(gòu)的導(dǎo)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(duì)PLA 包裝廢料進(jìn)行簡(jiǎn)單地清洗和干燥，然后通過(guò)行熱擠壓來(lái)獲得非導(dǎo)電材料。為了獲得導(dǎo)電材料，我們?cè)诩訜岷蛿D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(zhǎng)絲。”

這種由咖啡包裝制成的新細(xì)絲帶來(lái)了思維上的重大轉(zhuǎn)變。廢物不再被視為對(duì)環(huán)境有害的東西，而是被視為可以轉(zhuǎn)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(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)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(duì)環(huán)境的影響。