Il mondo genera oltre sei milioni di tonnellate di fondi di caffè, secondo l'Organizzazione Internazionale del Caffè. Il giornale Agraria e Chimica degli Alimenti ha riferito nel 2012 che oltre la metà dei fondi di caffè esauriti finisce in discarica. Le nanofibre di cellulosa sono gli elementi costitutivi delle resine plastiche che possono essere trasformate in prodotti di plastica biodegradabili.

Il team YNU, guidato da Izuru Kawamura, professore associato presso la Graduate School of Engineering Science, ha deciso di basarsi su precedenti ricerche sull'estrazione di nanofibre di cellulosa dai fondi di caffè. Hanno pubblicato i loro risultati il ​​1 aprile sulla rivista Cellulosa .

"Il nostro obiettivo finale è stabilire un sistema di riciclaggio sostenibile con le nostre nanofibre di cellulosa nell'industria del caffè, " disse Kawamura. "Ora, sempre più ristoranti e caffè sono stati banditi dall'uso di cannucce monouso. A seguito di quel movimento, miriamo a realizzare una tazza da caffè usa e getta trasparente e una cannuccia con un additivo composto da nanofibre di cellulosa dai fondi di caffè esauriti".

La domanda di nanofibre di cellulosa è in aumento in tutto il mondo, mentre le industrie realizzano il loro potenziale come un modo più ecologico e sostenibile per produrre plastica.

"Finora le nanofibre di cellulosa sono state prodotte principalmente da materiali a base di legno come la polpa, " Ha detto Kawamura. "Le nanofibre di cellulosa possono essere potenzialmente fornite da tutte le piante della natura. Ci teniamo a sottolineare che i fondi di caffè esauriti sono una materia prima promettente".

La chiave per estrarre le nanofibre di cellulosa dai fondi di caffè esauriti risiede nella cellulosa, il materiale che costituisce le pareti cellulari dei fagioli e rappresenta circa la metà del peso e del volume dei fondi.

Il team YNU ha condotto l'esperimento di isolare le nanofibre di cellulosa dalle pareti cellulari dei fagioli mediante ossidazione catalitica, un processo che ossida le pareti cellulari utilizzando un catalizzatore. Questo è un metodo precedentemente segnalato da Akira Isogai all'Università di Tokyo.

Il team ha esaminato le nanofibre di cellulosa risultanti con tecniche di imaging tra cui la diffrazione dei raggi X, microscopio elettronico, e analisi termogravimetrica, un metodo per osservare le caratteristiche strutturali fondamentali delle nanofibre di cellulosa e confrontare quelle derivate dal legno. Le nanofibre di cellulosa a base di caffè macinato hanno mostrato uniformità e si sono integrate bene nell'alcol polivinilico, l'elemento costitutivo di una varietà di prodotti industriali e di consumo. Il suo team ha scoperto che il loro diametro medio era di 25 nanometri. Per riferimento, un capello umano misura circa 90, 000 nanometri di diametro.

Tale consistenza e integrazione con le resine polimeriche sono pietre miliari che dimostrano il potenziale delle nanofibre di cellulosa a base di caffè come sostituto del legno, Kawamura ha detto, ma sono necessarie ulteriori ricerche per sviluppare un processo commercialmente valido.

Kawamura ritiene che le nanofibre di cellulosa potrebbero presto svolgere un ruolo importante nell'industria automobilistica, offrendo un'alternativa leggera all'acciaio e alla plastica per le carrozzerie. Poiché gli standard di emissione continuano a inasprirsi, il mercato delle auto più leggere crescerà, rendendo le nanofibre di cellulosa un bene sempre più prezioso.

"Il peso totale della resina plastica prodotta dalle nanofibre di cellulosa è molto leggero rispetto all'acciaio, " Ha detto Kawamura. "Porterà un'efficace riduzione di CO ₂ emissioni." Le resine costruite su nanofibre funzionano bene anche nella stampa 3D, rendendoli un'alternativa ecologica alle plastiche a base di petrolio per una serie di potenziali prodotti.

Questo nuovo processo potrebbe essere un vantaggio per l'industria del caffè, che ha opzioni limitate per monetizzare i fondi di caffè spesi. Alcune città hanno programmi di riciclaggio, dove i fondi di caffè esauriti vengono riutilizzati come compost ricco di sostanze nutritive per serre e coltivazioni di funghi. Altri programmi inviano fondi di caffè esauriti a strutture che producono biogas. Ma nel complesso, la maggior parte dei fondi di caffè finisce ancora nelle discariche.