Zweites Leben für Kaffeesatz: Forschungsteam verwandelt Abfall in Dämmmaterial
Täglich werden weltweit mehr als zwei Milliarden Tassen Kaffee getrunken – eine Zahl, die ein gewaltiges Abfallproblem nach sich zieht. Der dabei anfallende Kaffeesatz landet zu einem Großteil auf Deponien, wo er unter Freisetzung klimaschädlicher Gase wie Methan und Kohlendioxid zersetzt wird; unter bestimmten Bedingungen kann es sogar zu Selbstentzündung kommen. Schätzungen zufolge fallen jährlich zwischen acht und sechzig Millionen Tonnen Kaffeesatz als Abfall an. Forschende der Shenyang Agricultural University in China haben nun einen Ansatz entwickelt, diesen Abfallstrom in ein technisch hochwertiges Dämmmaterial umzuwandeln, das erdölbasierte Produkte ersetzen könnte.
Mangel an Porenraum macht aus Rohkaffeesatz einen schlechten Dämmstoff
Dämmstoffe verdanken ihre Wirksamkeit dem Einschluss von Luft in fein verteilten Hohlräumen. Da Luft Wärme nur äußerst schlecht leitet, hemmt eine poröse Materialstruktur den Wärmedurchgang wirksam. Rohkaffeesatz eignet sich dafür zunächst kaum: Seine Porosität liegt bei lediglich rund 40 Prozent – zu wenig, um mit etablierten Dämmstoffen wie expandiertem Polystyrol mithalten zu können. Bisherige Versuche, Kaffeesatz als Dämmmaterial zu erschließen, scheiterten genau an dieser Schwelle. Hinzu kommt, dass erdölbasierte Alternativen zwar technisch gut erprobt sind, aber erhebliche Umweltprobleme mit sich bringen: Sie lassen sich nicht biologisch abbauen und belasten Böden und Gewässer über viele Jahrzehnte.
Biokohle als Ausgangsstoff
Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Umwandlung des Kaffeesatzes in Biochar – also Biokohle. Dazu trockneten die Forschenden den Kaffeesatz zunächst eine Woche lang bei 80 Grad Celsius und erhitzten ihn anschließend bei 700 Grad Celsius: ein Karbonisierungsprozess, der die Porosität von 40 auf 71 Prozent steigert. Damit allein war das Problem jedoch noch nicht gelöst, denn beim Einbetten der porösen Biokohle in eine Polymermatrix drohte die Hohlraumstruktur zu kollabieren. Das Team entwickelte daher eine sogenannte Porenwiederherstellungsstrategie: Die Poren wurden zunächst mit Propylenglykol befüllt, dann Ethylcellulose als pflanzliches Bindemittel hinzugefügt, das Gemisch bei 150 Grad Celsius unter Druck geformt und das Lösungsmittel anschließend im Vakuum entfernt – die Hohlräume blieben dabei vollständig erhalten. Das Ergebnis ist ein Verbundwerkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von nur 0,04 Watt pro Meter und Kelvin. Materialien unterhalb von 0,07 Watt pro Meter und Kelvin gelten allgemein als gute Wärmedämmer – das neue Material unterschreitet diesen Schwellenwert deutlich. Zum Vergleich: Ethylcellulose allein kommt auf den sechsfachen Wert; das Material bewegt sich damit im Bereich kommerzieller Polystyrolprodukte. Das Team hob hervor, dass Kaffeesatz weltweit in riesigen Mengen anfalle, aber zu einem Großteil deponiert oder verbrannt werde – die vorliegende Arbeit zeige, dass sich dieser Abfallstrom zu einem Hochleistungswerkstoff aufwerten lasse, der ebenso gut funktioniere wie gängige kommerzielle Produkte, dabei aber wesentlich nachhaltiger sei.
Material ist auch biologisch abbaubar
In ersten Tests konnte das Material erfolgreich zur Begrenzung des Wärmeeintrags in einem gebäudeintegrierten Photovoltaiksystem eingesetzt werden. Darüber hinaus bestätigten Laborexperimente seine biologische Abbaubarkeit, was die langfristigen Umweltauswirkungen gegenüber konventionellen Dämmstoffen erheblich reduzieren dürfte. Neben dem Bausektor bieten sich auch Verpackungsindustrie und Transportlogistik als Einsatzfelder an. „Indem wir Abfall in ein funktionales Produkt verwandeln, können wir Umweltbelastungen reduzieren und neue Möglichkeiten für nachhaltige Materialien erschließen“, fasste Seong Yun Kim, Mitautor:in der im Fachjournal Biochar veröffentlichten Studie, die Bedeutung der Arbeit zusammen.
