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(gè)值得注意的方向就是如何解決日益嚴(yán)重的廢物問題，世界銀行估計(jì)到 2050 年全球廢物將增長到 34 億噸,�,？紤]到環(huán)境問題的嚴(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) 和英國曼徹斯特城市大學(xué) (MMU) 的一組研究人員正在開發(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,，該團(tuán)隊(duì)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(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)專門針對咖啡包的項(xiàng)目,。近年來，這些一次性包裝一直是評論風(fēng)暴的中心,。根據(jù) Straits Research 的數(shù)據(jù),，到 2030 年，咖啡的全球市場預(yù)計(jì)將增長到約 50B 美元,，美國和歐洲尤其依賴它們來獲取日�,？Х纫颉Ｈ欢�,，關(guān)于它們到底有多“可持續(xù)”的爭議已經(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,。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(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(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(jì)”理念的動力，這個(gè)項(xiàng)目就是一個(gè)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(shè)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(xì)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(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,，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PLA 包裝廢料進(jìn)行簡單地清洗和干燥,，然后通過行熱擠壓來獲得非導(dǎo)電材料。為了獲得導(dǎo)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(xì)絲帶來了思維上的重大轉(zhuǎn)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(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。