Kapsułki z kawą i produkcja aluminium

Parę dni temu do mediów społecznościowych trafiło „doniesienie”, zwracające uwagę na kapsułki z kawą, ilości odpadów powstających przy produkcji aluminium i związki obecne w kapsułkach[1]. Pomijając zasadność, że jest to mało ekologiczne rozwiązanie ze względu na względnie wysoką stabilność produktu, jakim jest kawa – niestety reszta treści nie ma żadnego pokrycia w rzeczywistości, a materiał został udostępniony przez ponad prawie 10 tys. osób, szerząc tym samym sporo kłamstw. 

Poniżej można się zapoznać z merytorycznym omówieniem procesu otrzymywania aluminium oraz jaki jest związek między furanami a aluminium – na końcu znajduje się zestaw pytań i odpowiedzi (Q&A) wraz z ustosunkowaniem się do powyższego “doniesienia”.

Metalurgia aluminium – skąd się bierze aluminium?

Na dzień dzisiejszy głównym źródłem aluminium  jest tzw. boksyt[2]. Jest to skała ilasta o dużej zawartości wodorotlenku/tlenku glinu pod różnymi postaciami. W takiej skale znajdziemy gibbsyt (Al(OH)₃), bemit (γ-AlO(OH)), i diasporę (α-AlO(OH)). Inne minerały, które możemy tam spotkać to m.in.: Geothyt (FeO(OH)), hematyt (Fe₂O₃), glina mineralna aluminiowa, zwana kaolinitem (Al₂Si₂O₅(OH)) oraz nieznaczne ilości anatazu (TiO₂) i ilmenitu (FeTiO₃ lub FeO.TiO₂) [3]. Jeżeli chodzi o udział procentowy, to:

• ponad 30% stanowią zazwyczaj minerały zawierające glin [4], 
• ponad 30% minerały zawierające żelazo [4], 
• ok. 10% – minerały zawierające krzem [4],
• ok. 2% -minerały zawierające tytan [4],
• reszta to tzw. LOI (ang. loss of ignition) – czyli masa, która ulega spaleniu podczas oczyszczania rudy[4]. 
• pierwiastki śladowe, czyli takie, których ilość w rudzie wynosi mniej niż 0,1% [5]. 

Jak widać, w samej skale nie ma pierwiastków, o których mowa w “doniesieniu”[1]. Proces ekstrakcji aluminium jest realizowany przy użyciu gorącej sody kaustycznej (tj. wodorotlenku sodu – NaOH) w warunkach podwyższonego ciśnienia (0,3- 2,5 MPa, tj. od 3 do 25 „atmosfer”), która rozpuszcza nam minerały zawierające aluminium[2,3]. Reszta, która stanowi część nierozpuszczalną stanowi możliwy do usunięcia osad. Reakcja rozpuszczania jest odwracalna, dzięki czemu po schłodzeniu wytrącają się kryształy wodorotlenku glinu, które to dalej się osusza i praży celem uzyskania tlenku glinu. Schemat został przedstawiony na Rys. 1, na którym nie ma zaznaczonego procesu usuwania krzemu (ang. desilication), który jest stosowany kiedy w rudzie występują znaczące ilości minerałów krzemowych, takich jak kwarce i kaolin [3].

Usunięcie tlenu następuję przy użyciu elektrolizy, gdzie elektrolitem jest stopiony kriolit (Na3AlF6) o stężeniu do 10% w temperaturze 950-1000 stopni. Co istotne – otrzymanie jednego kilograma aluminium wymaga zużycia ok. 15 kWh. Jest to proces bardzo energochłonny, dlatego recykling aluminium jest bardzo ważny. Na Rys.2 z kolei przedstawiono schemat wykorzystania finalnego wyrobu z rudy boksytu.

Co z odpadami z produkcji aluminium?

Generalnie soda kaustyczna jest odzyskiwana do ponownego wykorzystania [3]. Jeżeli chodzi o typowy odpad, to na każdą tonę aluminium powstaje 1-1,5 tony odpadu boksytowego[6], który składa się głównie z tlenku żelaza (nawet do 60%), a także tlenków glinu, tytanu, wapnia, sodu i krzemu [8]. Odpad ten cechuje się wysoką zasadowością (pH rzędu 10-13), stąd stanowi on problem środowiskowy. Niemniej, na dzień dzisiejszy odpad ten jest składowany, a pewna jego część jest wykorzystywana do produkcji cementu [9], w budowie dróg [10], oraz jako źródło żelaza [8]. 

Furany i aluminium

Furan z aluminium ma wspólny mianownik w technologiach odlewniczych. Furan stanowi składnik żywic/mas odlewniczych stosowanych w produkcji małoseryjnej. Na Rys. 3 jest przedstawiona forma piaskowa, w której lepiszczem jest właśnie żywica furanowa. A to oznacza, że w przypadku tłoczenia opakowań aluminiowych furan i jego pochodne nie są wprowadzane do produktu. Niemniej, furany są obecne w żywności obrabianej termicznie naturalnie, aczkolwiek w „doniesieniu” wg mnie nie o to chodziło[11]

Q&A

Czy produkcja aluminium jest nieekologiczna? 

Produkcja aluminium zużywa duże ilości energii (15 kWh na 1 kg surowca[2]), ze względu na duże temperatury procesów uzyskiwania aluminium. Z tego powodu bardzo istotne jest, ażeby poddawać recyklingowi każdą ilość aluminium. Dochodzi do tego powstawanie odpadów o odczynie silnie zasadowym, które muszą być gdzieś składowane (chociaż część odpadów jest ponownie wykorzystywana).

Czy w ramach produkcji aluminium powstają aż 4 tony odpadu w postaci arsenu, tytanu, chromu, ołowiu, wanadu i rtęci?

Jest to bzdura z 3 powodów. Po pierwsze, produkcja 1 tony aluminium generuje 1-1,5 tony odpadu. Po drugie, odpad ten stanowi mieszanina tlenków żelaza, glinu, sodu, krzemu, wapnia i tytanu. Po trzecie, wartość niektórych z ww. pierwiastków jest zdecydowanie wyższa od aluminium, więc to raczej aluminium byłoby odpadem przy ich produkcji 😉

A co z furanami?

Furany, a konkretniej żywice furanowe są wykorzystywane w produkcji małoseryjnych form odlewniczych. Kapsułki z kawą są z kolei produkowane metodą tłoczenia, a to oznacza, że opakowania podczas produkcji nie mają żadnego kontaktu z furanami. Jeżeli chodzi o furany w kawie, to pojawiają się one tam naturalnie na skutek procesu prażenia kawy, jednak wg mnie autorkom „doniesienia” nie o to chodziło.

Co sądzisz o kapsułkach do kawy?

Kapsułki do kawy są oczywiście rozwiązaniem bardzo nieekologicznym – już 10 lat temu ich produkcja szła w dziesiątkach miliardów sztuk rocznie, co oznacza dziesiątki tys. ton odpadów, które mogą stanowić 0,05% światowej produkcji aluminium [13-15]. W zamian za to otrzymujemy “powtarzalność” oraz wygodę, co jak dla mnie jest nieakceptowalne.

Niemniej nie rozumiem potrzeby wprowadzania ludzi w błąd, co do konsekwencji z rozwiązania. Przykre jest, że tak nierzetelne informacje rzucone raz w sieć są udostępniane i powtarzane przez tysiące ludzi doprowadzając do sytuacji, gdzie kłamstwa stają się prawdą. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku butelek PET i bisfenolu A, który nigdy w nich nie był i nie będzie obecny – o czym możecie przeczytać tutaj. Niestety wiele takich kłamstw jest tworzonych i powtarzanych w dziedzinach okołoekologicznych i odpadowych robiąc więcej szkód niż pożytku.

Na zakończenie chciałbym zamieścić obrazek, który stanowi smutne podsumowanie dzisiejszych czasów.

Literatura

• [1] https://www.facebook.com/plastikowyrozwod/photos/a.670981303294892/1152375801822104/
• [2] M Szweycer, D Nagolska, Metalurgia i Odlewnictwo
• [3] https://www.alsglobal.com/-/media/als/resources/services-and-products/geochemistry/technical-notes/bauxite-technical-note.pdf
• [4] Mohamed Najar P.A. et. al. Inducement of Rapid analysis for Determination of Reactive Silica and Available Alumina in Bauxite, Conference: In. 21st Int. Conf. Nonferrous Minerals and Metals,7-8th July 2017, New Delhi
• [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Trace_element
• [6] http://www.world-aluminium.org/statistics/alumina-production/
• [7] Evans, K., „The History, Challenges and new developments in the management and use of Bauxite Residue”, J. Sustain Metall. May 2016. doi:10.1007/s40831-016-00060-x.
• [8] Schmitz, Christoph (2006). „Red Mud Disposal”. Handbook of aluminium recycling. p. 18. ISBN 978-3-8027-2936-2.
• [9] Y. Pontikes and G. N. Angelopoulos „Bauxite residue in Cement and cementious materials”, Resourc. Conserv. Recyl. 73, 53-63 (2013).
• [10] W.K.Biswas and D. J. Cooling, „Sustainability Assessment of Red Sand as a substitute for Virgin Sand and Crushed Limestone”, J. of Ind. Ecology, 17(5) 756-762 (2013).
• [11] Eliza Gruczyńska, Dorota Kowalska, Mariola Kozłowska, Ewa Majewska, Katarzyna Tarnowska, FURAN IN ROASTED, GROUND AND BREWED COFFEE, Rocz Panstw Zakl Hig 2018;69(2):111-118
• [12] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SandMoldBronzeAluminium.jpg
• [13] https://www.cemachinery.com/aluminium-made-nespresso-coffee-capsules/
• [14] https://www.compatible-capsules.com/coffee-sustainability/the-problem-with-single-use-coffee-capsules/
• [15] http://www.world-aluminium.org/statistics/
• Obraz główny autorstwa Jürgen Diermaier z Pixabay