综述：废弃咖啡渣的生物能源与循环经济应用前景

这篇综述系统探讨了废弃咖啡渣(SCG)在生物能源(如生物柴油、沼气)和循环经济中的多元化应用，通过文献计量学分析揭示了近十年研究趋势，重点阐述了SCG的化学成分(如纤维素、多酚)、转化技术(热解、厌氧消化)及其在生物复合材料、吸附剂和绿色建筑材料等领域的潜力，为可持续废弃物管理提供了创新思路。

　　

废弃咖啡渣：从废弃物到高值资源的绿色革命

化学组成与特性
废弃咖啡渣(SCG)作为全球第二大消费饮料的副产品，含有47-56.1%的碳元素和高达26.9 MJ/kg的热值，其复杂成分包括多糖(8.6-15.3%纤维素)、脂质(10-20%)及生物活性物质如咖啡因(1-2%)。研究显示，SCG的粒径分布(100-500μm)和孔隙结构(2.00-4.03 m²/g)使其特别适合转化为吸附剂和能源载体。

前沿转化技术

• 热解技术：在无氧条件下，SCG可转化为生物油(产率86%)和生物炭，后者对重金属Pb²⁺、Cr⁶⁺的吸附效率显著
• 厌氧消化：微生物分解产生沼气，甲烷含量优化后可用于发电
• 超临界流体萃取(SFE)：高效提取多酚类化合物，如5-氧-咖啡酰奎宁酸(氯原酸)

创新应用场景
生物能源领域
韩国学者开发的级联生物精炼系统，通过分步转化SCG产出生物柴油、可发酵糖和生物甲烷，实现原料利用率最大化。希腊某试点项目证实，年处理2566吨SCG的 pyrolysis 工厂可实现47欧元/吨的经济收益。

工程材料开发

• 绿色建材：SCG替代5%水泥可降低混凝土导热系数，其纤维增强效果通过4D-CT技术验证
• 生物复合材料：与聚乳酸(PLA)共混制备的环保塑料，机械性能接近石油基材料

环境与经济双赢
SCG的循环利用可减少80%的CO₂排放，同时创造高附加值产品链。美国阿联酋的8000吨/年生物柴油项目显示，SCG衍生颗粒燃料年收益达418万美元。

现存挑战

• 成分波动性：咖啡品种和烘焙工艺影响SCG化学成分一致性
• 规模化瓶颈：多数研究停留在实验室阶段，需建立集中收集系统
• 经济性优化：生物活性物质提取成本占生产总成本的60%

未来方向
研究重点将聚焦于：

1. 生物炭规模化生产及其在土壤修复中的应用
2. 基于SCG的 geopolymer 建筑材料性能提升
3. 整合人工智能的4D-CT技术用于材料微观结构分析

通过跨学科协作，SCG有望成为推动循环生物经济的关键媒介，其"废弃物-资源-能源"的闭环模式为全球可持续发展提供了范本。