电化学里的循环经济：回收咖啡包装制作3D打印细丝，用于生产电分析传感器

导读：随着与全球变暖有关的问题不断出现，世界各地的人们都在不断寻找解决环境问题的方法。一个值得注意的方向就是如何解决日益严重的废物问题，世界银行估计到 2050 年全球废物将增长到 34 亿吨。考虑到环境问题的严峻性，回收利用，尤其是循环经济的概念已经逐渐为人所接受。

2023年5月30日，南极熊获悉，来自圣卡洛斯联邦大学 (USFCar) 、坎皮纳斯州立大学 (UNICAMP) 和英国曼彻斯特城市大学 (MMU) 的一组研究人员正在开发一个3D 打印回收咖啡包以促进循环经济的项目。更具体地说，该团队已成功使用废弃咖啡包装盒作为原材料来制造适用于 3D 打印的细丝。

这项研究以题为“Journal Logo Circular EconomyElectrochemistry: Creating Additive Manufacturing Feedstocks for CaffeineDetection from Post-Industrial Coffee Pod Waste”的论文被发表在《ACS Sustainable Chem. Eng》期刊上，由Evelyn Sigley, Cristiane Kalinke 等人撰写。

相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c06514?fig=abs1&ref=pdf

事实上，这并不是第一个专门针对咖啡包的项目。近年来，这些一次性包装一直是评论风暴的中心。根据 Straits Research 的数据，到 2030 年，咖啡的全球市场预计将增长到约 50B 美元，美国和欧洲尤其依赖它们来获取日常咖啡因。然而，关于它们到底有多“可持续”的争议已经出现，因为外包装的回收可能很困难，而且许多人没有这样做。事实上，领先供应商之一的 Nespresso 表示，市面上目前只有大约 30% 的包装盒被回收，这意味着大多数包装盒最终都进入了垃圾填埋场。因此，越来越多的人正在寻找解决问题的方法，包括这次最新的项目尝试。

△该项目涉及回收咖啡包（如图所示）并将它们变成 3D 打印丝（图片来源：Nespresso）

用回收的咖啡包制作 3D 打印丝

如上所述，尽管有可重复使用的包装，并且一些制造商提倡回收铝制包装，但大多数塑料包装通常只是简单地丢弃。这是灾难性的，根据技术研究所 (IPT) 进行的一项研究，使用咖啡胶包装对环境的危害是使用滤纸的 14 倍。但是可以做些什么来解决这一点呢？

事实上，我们可以转变一下思路，那就是经济活动产生的废物不被视为环境问题，而是被视为可以推动新举措的宝贵资源。这正是推动“循环经济”理念的动力，这个项目就是一个明显的例子。包装没有像垃圾一样被丢弃，而是获得了第二次生命。在这种情况下，研究人员发现这些包装的聚合物基可用于制造高附加值的设备。也就是说，从这种废物中，可以获得具有巨大潜力的材料，用于制造创新和高质量的产品。

△这张图片显示了研究人员尝试生产3D打印细丝的过程

为了找到这些废物的新解决方案，研究人员开发了使用非导电 PLA（聚乳酸）细丝的电化学电池和使用添加了炭黑的导电细丝的电化学传感器。炭黑是一种从碳氢化合物的不完全燃烧中获得的副晶碳。位于阿拉拉斯的 UFSCar 传感器、纳米医学和纳米结构材料实验室 (LSNano) 的协调员、该文章的合著者 Bruno Campos Janegitz 解释说，电化学传感器用于确定绿茶和阿拉比卡咖啡中咖啡因的百分比。

△图. (A) 用于定制导电和非导电灯丝生产的方法示意图。(B) 熔体流动指数与 PLA 电池的循环次数。(C) 定制导电丝的热重分析，以及与回收 PLA 和商业采购的导电 PLA 丝的比较。(D) 活化的 8.78% PES 电极的 XPS C 1s 数据，突出显示活化后石墨碳峰的出现。(E) 激活的 8.78% PES 电极的 SEM 表面图像。

Bruno 解释道：“我们对PLA 包装废料进行简单地清洗和干燥，然后通过行热挤压来获得非导电材料。为了获得导电材料，我们在加热和挤压之前向回收材料内添加炭黑。然后将挤出的材料冷却并卷绕成所需的长丝。”

这种由咖啡包装制成的新细丝带来了思维上的重大转变。废物不再被视为对环境有害的东西，而是被视为可以转化为有用和有益的东西的宝贵资源。此外，这种做法不仅有助于减少运往垃圾填埋场的废物量，还可以充分利用现有资源，避免使用新材料，从而减少对环境的影响。