電気化学における循環型経済: コーヒーのパッケージをリサイクルして電気分析センサー用の 3D プリントフィラメントを作成する

はじめに: 地球温暖化に関連する問題が次々と浮上する中、世界中の人々は環境問題の解決策を常に模索しています。注目すべき方向性の一つは、深刻化する廃棄物問題をどう解決するかだ。世界銀行は、世界の廃棄物は2050年までに34億トンに増加すると予測している。環境問題の深刻さを考慮すると、リサイクル、特に循環型経済の概念は徐々に人々に受け入れられるようになりました。
2023年5月30日、アンタークティックベアは、英国のサンカルロス連邦大学（USFCar）、カンピーナス州立大学（UNICAMP）、マンチェスターメトロポリタン大学（MMU）の研究者チームが、循環型経済を促進するためにリサイクルコーヒーバッグを3Dプリントするプロジェクトを開発していることを知りました。具体的には、チームは廃棄されたコーヒーパックを原料として使用し、3Dプリントに適したフィラメントを作成することに成功しました。

この研究は、ACS Sustainable Chem. Eng 誌に「Journal Logo Circular Economy Electrochemistry: Creating Additive Manufacturing Feedstocks for Caffeine Detection from Post-Industrial Coffee Pod Waste」と題する論文として掲載され、Evelyn Sigley、Cristiane Kalinke らによって執筆されました。

関連論文リンク: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.2c06514?fig=abs1&ref=pdf
実は、これはコーヒーポッドに特化した最初のプロジェクトではありません。こうした使い捨てパッケージは近年、激しい批判の的となっている。ストレーツ・リサーチによれば、コーヒーの世界市場は2030年までに約500億ドルに成長すると予想されており、特に米国とヨーロッパでは毎日のカフェイン補給にコーヒーが頼りになるだろう。しかし、外装のリサイクルは難しく、リサイクルしない人も多いため、実際にどの程度「持続可能」なのかという議論が巻き起こっている。実際、大手サプライヤーのひとつであるネスプレッソは、現在リサイクルされる包装は約30％に過ぎず、そのほとんどが最終的に埋め立て地に廃棄されていると述べている。その結果、この最新のプロジェクトの試みを含め、ますます多くの人々が問題を解決する方法を模索しています。
△このプロジェクトでは、コーヒーバッグ（写真参照）をリサイクルし、3D プリント用フィラメントに作り変えます（画像提供：ネスプレッソ）
リサイクルされたコーヒーバッグから 3D プリント用フィラメントを作る<br /> 前述のように、再利用可能な包装は利用可能であり、一部のメーカーはアルミニウム包装のリサイクルを推進していますが、ほとんどのプラスチック包装は単に廃棄されることがよくあります。これは悲惨なことです。工科大学（IPT）が実施した調査によると、コーヒージェルの包装を使用すると、フィルターペーパーを使用する場合よりも環境に14倍も有害であることがわかりました。しかし、これに対処するために何ができるでしょうか?
実際、経済活動によって生み出される廃棄物を環境問題としてではなく、新たな取り組みを推進できる貴重な資源として捉えるよう、考え方を変えることもできるでしょう。これこそがまさに「循環型経済」という考え方を推進するものであり、このプロジェクトはその明確な例です。ゴミのように捨てられるのではなく、パッケージは第二の人生を与えられます。この場合、研究者らは、これらのパッケージのポリマーベースを使用して高付加価値デバイスを作成できることを発見しました。つまり、この廃棄物から、革新的で高品質な製品の製造に大きな可能性を秘めた材料が得られるのです。
△この画像は、研究者が3Dプリント用フィラメントを製造しようとしているプロセスを示しています。研究者は、これらの廃棄物に対する新しい解決策を見つけるために、非導電性PLA（ポリ乳酸）フィラメントを使用した電気化学セルと、カーボンブラックを添加した導電性フィラメントを使用した電気化学センサーを開発しました。カーボンブラックは炭化水素の不完全燃焼から得られる準結晶炭素です。アララスのUFSCarのセンサー、ナノ医療、ナノ構造材料研究所（LSNano）のコーディネーターであり、この論文の共著者でもあるブルーノ・カンポス・ジャネギッツ氏は、緑茶やアラビカコーヒーに含まれるカフェインの割合を測定するために電気化学センサーが使用されていると説明しています。
△図（A）カスタマイズされた導電性および非導電性フィラメントの製造に使用される方法の概略図。 (B) PLA電池のメルトフローインデックスとサイクル数。 (C) カスタム導電性フィラメントの熱重量分析と、リサイクル PLA および市販の導電性 PLA フィラメントとの比較。 (D) 活性化された 8.78% PES 電極の XPS C 1s データ。活性化後のグラファイト炭素ピークの出現が強調されています。 (E) 活性化8.78% PES電極のSEM表面画像。
ブルーノ氏は次のように説明しています。「PLA 包装廃棄物を洗浄して乾燥させ、熱間押し出し加工して非導電性材料を得るだけです。導電性材料を得るには、リサイクル材料にカーボンブラックを加えてから加熱して押し出します。押し出した材料はその後冷却し、目的のフィラメントに巻き取ります。」
コーヒーのパッケージから作られたこの新しいフィラメントは、考え方に大きな変化をもたらします。廃棄物はもはや環境に有害なものとしてではなく、むしろ有用で有益なものに変えることができる貴重な資源として見られるようになりました。さらに、この方法は、埋め立て地に送られる廃棄物の量を減らすだけでなく、既存の資源を最大限に活用し、新しい材料の使用を避けることで、環境への影響を軽減します。

電気化学における循環型経済: コーヒーのパッケージをリサイクルして電気分析センサー用の 3D プリントフィラメントを作成する

小学校教科書「魔法の3Dプリント」

一般の人が3Dプリントを使ってお金を稼ぐにはどうすればいいのでしょうか?

製造業の未来を形作る: EOS「Additive Thinking」がTCT Asiaで発表

ファースーンテクノロジーは、インドの添加剤市場への進出に向けてサハスソフテックとの協力を発表

エントリーレベルの高速FDMと12Kレベリングフリー光硬化、Zongwei Cubeが2台の重量級3Dプリンターを発売

レーザー積層造形高温合金の高温疲労性能に対する厚さの影響に関する研究

大腿骨頭壊死の治療に初めて3Dプリント技術が使用される

Chuangxiang 3Dは、技術による農村活性化を促進するために、チベットのリンジに3Dプリント機器を寄贈しました。

同軸レーザー溶融ワイヤ積層造形法で製造されたアルミニウム合金の多結晶形態進化メカニズム

研究者らがMIG溶接を使った低コストの金属3Dプリンターを開発

推薦する

米国のスタートアップ企業が3Dプリント角膜を開発中。これは初の人工プリント臓器となることが期待されている。

奇妙な3Dプリントビール瓶

3Dプリンターは産業の母機です！重要な基幹産業である

YingchuangはQihe県に夢の工場を建設し、5つの建設3Dプリント生産ラインを稼働させました

2016年7月の世界3Dプリント市場データの収集

南カリフォルニア大学のヨン・チェンのチームはサイエンス誌に「電界支援によるシェル型スマート構造の3Dプリント」という論文を発表した。

中国科学院宇宙応用センター：3Dプリントを宇宙に持ち込む

実用的なソフトウェアAMPI: 企業が3Dプリントに最適な部品を決定するのに役立ちます

ジョージア工科大学、ほぼ目に見えない3Dプリントロボットを開発

オートデスク35周年記念式典で3Dプリントが輝く

CONFLUX、メンテナンス性と互換性をサポートする3Dプリントの高性能カートリッジ熱交換器を発売

鼻形成術における3Dプリント技術の応用

3D プリント技術は世界の国防安全保障に大きな脅威をもたらすでしょうか?

米国: 3D プリンターメーカーが自社の材料のみをバンドルすることは合法ですか?

エイドリアン・ボウヤー博士: 3Dプリント部品に中空チューブを追加すると強度が増す