हर साल वैश्विक स्तर पर लगभग 400 बिलियन कप कॉफी की खपत होती है, जिसके परिणामस्वरूप लगभग 18 मिलियन टन गीली कॉफी ग्राउंड बनती है, जो लगभग तीन गीज़ा पिरामिडों के वजन के बराबर है। अधिकांश कॉफ़ी ग्राउंड लैंडफिल में चले जाते हैं। हालाँकि, इन उच्च आर्द्रता वाले जैविक कचरे में स्वयं ईंधन में परिवर्तित होने की क्षमता होती है, लेकिन उनकी उच्च जल सामग्री हमेशा आर्थिक उपयोग प्रक्रिया में एक प्रमुख तकनीकी बाधा रही है।
कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ जियोलॉजिकल रिसोर्सेज (KIGAM) की वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में घोषणा की है कि उन्होंने दुनिया की पहली "फ्लेम प्लाज़्मा पायरोलिसिस" (FPP) तकनीक विकसित की है जो कॉफी ग्राउंड को सीधे और जल्दी से उच्च श्रेणी के ठोस जैव ईंधन में परिवर्तित कर सकती है, जब वे अभी भी उच्च जल सामग्री की स्थिति में हों। पूरी प्रक्रिया में शुरुआत में केवल 90 सेकंड का समय लगता है। यह तकनीक 800 से 900 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ प्लाज्मा लौ का छिड़काव करके तुरंत पानी को वाष्पित कर देती है, जिससे कणों के अंदर पॉपकॉर्न जैसा सूजन प्रभाव पैदा होता है, जिससे कॉफी ग्राउंड संरचना जल्दी से छिद्रपूर्ण बायोचार (बायोचार) में बदल जाती है।
वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने कहा कि इस नए बायोचार का ईंधन प्रदर्शन एन्थ्रेसाइट चारकोल के करीब है, जबकि पारंपरिक प्रक्रिया में समय लेने वाली और ऊर्जा लेने वाली पूर्व-सुखाने की प्रक्रिया को पूरी तरह से समाप्त कर देता है। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि एफपीपी प्रक्रिया इसके बजाय नमी को एक अनुकूल कारक मानती है और इसे भाप उत्प्रेरक में परिवर्तित करती है जो प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देती है और उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार करती है, जिससे कच्चे माल की उच्च नमी सामग्री को बनाए रखते हुए तेजी से कार्बोनाइजेशन और सुखाने की एकीकृत प्रसंस्करण प्राप्त होती है।
शोध पत्र केमिकल इंजीनियरिंग जर्नल में प्रकाशित हुआ था। प्रयोग में उपयोग किए गए कॉफी ग्राउंड की नमी की मात्रा लगभग 55% है, जो अभी भी एक विशिष्ट उच्च आर्द्रता वाला अपशिष्ट है। प्रक्रिया के दौरान, शोधकर्ताओं ने सामान्य दबाव की स्थिति में गीली कॉफी के मैदान को संसाधित करने के लिए तरलीकृत पेट्रोलियम गैस (एलपीजी) और संपीड़ित हवा के दहन से उत्पन्न लौ प्लाज्मा का उपयोग किया। सुखाने और कार्बोनाइजेशन को पूरा करने में केवल 90 सेकंड लगे, जिससे कच्चे माल की गुणवत्ता लगभग 83.3% कम हो गई, और एक ढीली संरचना और छिद्रपूर्ण संरचना के साथ बायोचार कणों का निर्माण हुआ।
परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि बायोचार का निम्न-स्तरीय कैलोरी मान लगभग 29 एमजे/किग्रा है, जिसका अर्थ है कि जलाए गए प्रत्येक किलोग्राम ईंधन से 29 मेगाजूल ताप ऊर्जा निकल सकती है; इसकी तुलना में, साधारण लकड़ी का ऊष्मीय मान आमतौर पर 15~20 एमजे/किग्रा होता है। बायोचार की निश्चित कार्बन सामग्री मूल 15.6% से 46.2% तक लगभग तीन गुना हो गई है, जिसका अर्थ है कि सामग्री का एक बड़ा हिस्सा उच्च-ऊर्जा कार्बन संरचनाओं में परिवर्तित हो गया है, जो दहन दक्षता और स्थायित्व में सुधार के लिए फायदेमंद है।
पर्यावरणीय प्रदर्शन के संदर्भ में, एफपीपी प्रक्रिया कच्चे माल से सल्फर यौगिकों को पूरी तरह से हटा देती है और सल्फर ऑक्साइड के उत्सर्जन से बचती है जो आसानी से स्रोत से अम्लीय वर्षा और वायु प्रदूषण का कारण बन सकते हैं। सामग्री का विशिष्ट सतह क्षेत्र केवल 1.5 m²/g से बढ़कर 115.4 m²/g हो गया है, जो सक्रिय कार्बन के स्तर के करीब है। ईंधन के अलावा, इसमें जल शोधन, वायु निस्पंदन और औद्योगिक सोखना जैसे संभावित अनुप्रयोग भी हैं। साथ ही, यह प्रक्रिया लगभग कोई धुआं और टार पैदा नहीं करती है, जिससे पारंपरिक बायोमास रूपांतरण प्रक्रियाओं में आम तौर पर होने वाले द्वितीयक प्रदूषक उत्सर्जन को कम करने में मदद मिलती है।
गति इस तकनीक का एक और मुख्य आकर्षण है। पारंपरिक बायोमास रूपांतरण विधियों जैसे हाइड्रोथर्मल कार्बोनाइजेशन और टॉरफेक्शन के लिए आमतौर पर 30 मिनट से 6 घंटे तक के प्रसंस्करण समय की आवश्यकता होती है। KIGAM की FPP प्रक्रिया को समान रूपांतरण पूरा करने में केवल 90 सेकंड लगते हैं, और दक्षता पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में लगभग 240 गुना तेज है। यह अति-उच्च प्रसंस्करण दर बड़े पैमाने पर अपशिष्ट संसाधन उपयोग में इसे और अधिक यथार्थवादी और व्यवहार्य बनाती है।
यह ध्यान देने योग्य है कि यह प्रणाली पारंपरिक प्लाज्मा प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में "उच्च बिजली खपत" की आम समस्या से भी बचती है। शोध दल ने उच्च-ऊर्जा खपत वाले इलेक्ट्रिक प्लाज्मा उपकरण का उपयोग नहीं किया, बल्कि फ्लेम प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए एलपीजी दहन और संपीड़ित हवा का उपयोग किया, जिससे समग्र ऊर्जा खपत कम हो गई और साथ ही तेजी से रूपांतरण को पूरा करने के लिए आवश्यक अत्यधिक उच्च तापमान भी प्रदान किया गया। यह डिज़ाइन प्रक्रिया की अर्थव्यवस्था और ऊर्जा दक्षता को और बेहतर बनाता है।
वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने बताया कि इस तकनीक का सबसे बड़ा लाभ यह है कि "गीली सामग्री को सीधे भट्ठी में डाला जाता है", जो सुखाने की प्रक्रिया को पूरी तरह से समाप्त कर देता है और पूरे सिस्टम की ऊर्जा खपत और परिचालन लागत को कम करने की उम्मीद है। यद्यपि वर्तमान शोध वस्तु कॉफी के मैदान पर केंद्रित है, एफपीपी प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का दायरा यहीं तक सीमित नहीं है। भविष्य में, इसे विभिन्न प्रकार के उच्च नमी वाले जैविक कचरे जैसे कि खाद्य अपशिष्ट, कृषि अवशेष और यहां तक कि कीचड़ तक बढ़ाया जा सकता है, जो व्यापक रूप से लागू अपशिष्ट-से-ऊर्जा समाधान बन जाएगा।
पेपर के पहले लेखक डॉ. पार्क ताइज़ुन (लिप्यंतरण) ने कहा: "यह तकनीक एक नया प्रतिमान प्रदान करती है, ताकि कचरे को अब केवल इलाज के लिए बोझ के रूप में नहीं, बल्कि एक मूल्यवान ऊर्जा संसाधन के रूप में माना जाए। हम इस प्रक्रिया को अधिक उच्च नमी वाले जैविक अपशिष्ट श्रेणियों में विस्तारित करने की योजना बना रहे हैं और औद्योगिक पैमाने पर इसके व्यावसायिक अनुप्रयोग को बढ़ावा देने के लिए प्रक्रिया को अनुकूलित करना जारी रख रहे हैं।" अनुसंधान टीम ने इस बात पर भी जोर दिया कि एफपीपी सिस्टम उपकरण अपेक्षाकृत कॉम्पैक्ट है और ऑन-साइट प्रसंस्करण और ऑन-साइट ऊर्जा आपूर्ति प्राप्त करने के लिए स्रोत पर ऑन-साइट "अपशिष्ट-ऊर्जा एकीकरण" प्रणाली में तैनात किए जाने की उम्मीद है।
कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ जियोलॉजिकल रिसोर्सेज द्वारा यूरेकअलर्ट प्लेटफॉर्म के माध्यम से जारी की गई जानकारी के अनुसार, इस तकनीक की आगे की विकास दिशा प्रक्रिया स्थिरता, निरंतर संचालन क्षमताओं और विभिन्न अपशिष्ट प्रकारों के पैरामीटर अनुकूलन पर केंद्रित होगी। लक्ष्य इसे एक मॉड्यूलर ऊर्जा उपकरण में बनाना है जिसे शहरी ठोस अपशिष्ट उपचार, कृषि अपशिष्ट प्रबंधन और सीवेज उपचार संयंत्र जैसे कई परिदृश्यों में मध्यम और लंबी अवधि में बढ़ावा दिया जा सकता है, जो एक स्वच्छ और अधिक कुशल नवीकरणीय ठोस ईंधन प्रणाली के निर्माण के लिए एक नया तकनीकी मार्ग प्रदान करता है।