Kaffeesatz wird in Südkorea zum nachhaltigen Dämmstoff

Wissenschaftler in Südkorea haben eine raffinierte neue Verwendung für alten Kaffeesatz gefunden: als Dämmstoff.

Ein Team der Jeonbuk National University (JBNU) verwandelte Kaffeeabfälle in ein Material, das genauso wirksam dämmt wie Baustoffe, die derzeit in Gebäuden eingesetzt werden.

Der Vorteil: Das neue Material besteht aus erneuerbaren Rohstoffen statt aus fossilen Brennstoffen und ist zudem biologisch abbaubar, wenn es entsorgt werden muss.

„Kaffeeabfälle fallen weltweit in enormen Mengen an, doch der Großteil davon landet auf Deponien oder wird verbrannt“, sagt Seong Yun Kim, Materialingenieur an der JBNU.

„Unsere Arbeit zeigt, dass sich dieser reichlich vorhandene Abfallstrom zu einem hochwertigen Material aufwerten lässt, das ebenso leistungsfähig ist wie kommerzielle Dämmprodukte, jedoch deutlich nachhaltiger ist.“

Weltweit werden täglich zusammen rund 2,25 Milliarden Tassen Kaffee getrunken – entsprechend groß ist die Menge an weggeworfenem Kaffeesatz. Der meiste dieser Abfälle wird verbrannt oder vergraben, was für die Umwelt ebenso problematisch ist, wie ihn in den Abfluss zu kippen.

Kaffeesatz als nachhaltiger Dämmstoff

Stattdessen entdecken Forschende zunehmend sinnvollere Einsatzmöglichkeiten für gebrauchten Kaffeesatz. In jüngeren Studien wurde unter anderem untersucht, ihn Beton und anderen Pflastermaterialien beizumischen, damit Herbizide aus der Umwelt zu entfernen oder sogar neue Wirkstoffverbindungen daraus zu gewinnen.

In der neuen Studie prüfte das JBNU-Team, wie gut sich Kaffeesatz als wärmedämmendes Material eignet.

Zunächst trockneten die Forschenden den gebrauchten Kaffeesatz eine Woche lang bei 80 Grad Celsius (176 Grad Fahrenheit) in einem Ofen. Anschließend erhitzten sie ihn bei wesentlich höheren Temperaturen, um ein kohlenstoffreiches Material namens Biokohle herzustellen.

Danach behandelten sie diese Biokohle mit umweltfreundlichen Lösungsmitteln – Wasser, Ethanol und Propylenglykol – und vermischten sie mit einem natürlichen Polymer namens Ethylcellulose. Abschließend wurde die pulverförmige Mischung verdichtet und erhitzt, sodass ein Verbundmaterial entstand.

Das Polymer stabilisiert die Biokohle, während die Lösungsmittel verhindern sollen, dass das Polymer die Poren des Materials verstopft. Diese Poren sind entscheidend: Sie schließen Luft ein, die sehr wirksam gegen Wärme isoliert.

Wärmeleitfähigkeit des Kaffeesatz-Verbundmaterials

Die Wärmeleitfähigkeit eines Materials wird in Watt pro Meter und Kelvin angegeben – vereinfacht gesagt also, wie viel Wärmeenergie in Watt durch ein Material einer bestimmten Dicke in Metern dringt, wenn zwischen seinen beiden Seiten eine Temperaturdifferenz in Kelvin besteht.

Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit unter 0,07 Watt pro Meter und Kelvin gelten im Allgemeinen als Dämmstoffe. Die wirksamste Variante des kaffeebasierten Verbundmaterials des JBNU-Teams erreichte eine Wärmeleitfähigkeit von lediglich 0,04 Watt pro Meter und Kelvin.

In Labortests platzierten die Forschenden verschiedene Dämmmaterialien, darunter auch ihre kaffeebasierte Variante, unter einer Solarzelle. Anschließend maßen sie die Lufttemperatur in einer kleinen Kammer unterhalb der Zelle.

Dieses kleine Tischmodell ahmte nach, wie Dämmung überschüssige Wärme von Solarmodulen abschirmt, sodass sie nicht durch Dächer dringt und Wohnräume aufheizt.

Die Ausführung mit dem neuen Material blieb durchgehend kühler als die Variante ohne dieses Material.

Die Leistung des neuen Werkstoffs entsprach der von expandiertem Polystyrol, einem der derzeit besten kommerziell verfügbaren Dämmstoffe.

Der Unterschied besteht jedoch darin, dass Polystyrol ein synthetisches Polymer aus fossilen Brennstoffen ist. Seine Herstellung und spätere Entsorgung sind daher deutlich umweltschädlicher.

Bei Tests zur biologischen Abbaubarkeit hatte das kaffeebasierte Material nach nur drei Wochen mehr als 10 Prozent seines Gewichts verloren. Polystyrol blieb dagegen nach demselben Zeitraum praktisch unverändert.

Einsatz in Gebäuden mit Solaranlagen

Nach Einschätzung der Forschenden könnte sich diese Art von Material besonders für die Dämmung von Gebäuden eignen: Innenräume könnten kühl bleiben, selbst wenn Solarmodule auf den Dächern intensiv arbeiten.

„Dieser Ansatz verbessert nicht nur die Materialleistung, sondern trägt auch zu einer Kreislaufwirtschaft bei“, sagt Kim.

„Indem wir Abfall in ein funktionales Produkt verwandeln, können wir Umweltbelastungen verringern und zugleich neue Möglichkeiten für nachhaltige Materialien schaffen.“

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Biochar veröffentlicht.