咖啡烘焙副产物的水热液化转化：生物能源与高值化学品的协同开发

本研究针对咖啡工业产生的银皮(CS)和咖啡渣(SCG)两大废弃物的资源化难题，通过水热液化(HTL)技术在300°C条件下将其转化为高热值氢炭(GCV>33 MJ/kg)、富含生物活性成分的轻/重油。结果表明：SCG产氢炭量(18g/50g)和重油(1.2g)优于CS，而CS轻油产量(9.7g)是SCG的2倍；产物中检测到咖啡因等生物碱、脂肪酸及酚类物质，为化妆品/制药业提供新原料。该研究为咖啡废弃物高值化利用提供了创新解决方案。

　　

每年全球咖啡产业产生约20万吨银皮和数百万吨咖啡渣，这些富含纤维素(12-40%)和木质素(24-29%)的废弃物多被焚烧或堆肥处理，未能充分发挥其能源与化学价值。随着生物质能源需求增长，开发高效转化技术成为关键。芬兰东部大学（University of Eastern Finland）联合国际团队在《BioEnergy Research》发表的研究，首次系统评估了水热液化(HTL)技术对咖啡副产物的转化效能，发现其产物能量密度超越传统热解工艺，同时开辟了高值化学品回收新途径。

研究采用5.5L高压反应器(Parr 4580)在300°C/60min条件下处理三种来源的银皮(Baqué/Mariposa/Meira)和市售咖啡渣(Paulig)。通过氧弹量热仪(ISO 1928标准)测定热值，ICP-OES分析元素组成，并运用12T傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)解析油相分子组成。样本队列涵盖欧洲多国工业源废弃物，通过两组独立实验确保数据可靠性。

质量平衡分析
• 原料差异：SCG产生更多氢炭(18g vs CS的12-14g)和重油(1.2g vs CS的0.1-0.5g)，而CS轻油产量达9.7g，是SCG(4.6g)的2倍
• 能量跃升：氢炭热值从原料的19-22 MJ/kg提升至33-34 MJ/kg，其中SCG氢炭达34.27±0.01 MJ/kg，优于云杉(19.16 MJ/kg)

热值与组分
• 灰分优化：SCG氢炭灰分仅0.8%，远低于CS氢炭(3-5%)和原料(6.7%)
• 元素富集：HTL使铜(Cu)在氢炭中浓缩至161mg/kg(超ISO 17225-6标准8倍)，但硫(S)含量维持在0.13-0.29%安全范围

油相化学多样性
通过(+)APPI/(-)ESI双模式质谱检测发现：
• 轻油富含极性生物碱(如咖啡因H/C=1.25,O/C=0.25)和糖降解产物
• 重油以C₁₆/C₁₈脂肪酸、三萜类和非极性烃为主

该研究证实HTL能同步实现咖啡废弃物的能源升级与化学增值。SCG更适合生产高能氢炭，而CS是轻油生产的优质原料。氢炭热值(34 MJ/kg)超越稻壳(16 MJ/kg)等农业残余物，油相活性成分拓展了化妆品/药物开发资源库。尽管镍(Ni)/锌(Zn)超标问题需后续处理，该技术为咖啡工业的循环经济模式提供了关键技术支撑，其产物组合策略可优化不同场景下的经济效益。未来研究可探索预处理降灰、参数优化等方向，进一步提升该技术的工业化可行性。