69 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 PRIMERNOST OSTANKOV MLETE KAVE ZA PROIZVODNJO PELETOV SUITABILITY OF SPENT GROUND COFFEE FOR PELLET PRODUCTION Dominika Gornik Bučar 1* , Peter Prislan ², Dejan Verhovšek³, Bojan Gospodarič 1 UDK članka: 630*839.81:663.938.4 Prispelo / Received: 22.4.2024 Izvirni znanstveni članek / Original scientific article Sprejeto / Accepted: 24.5.2024 . Izvleček / Abstract Izvleček: Za doseganje cilja evropske energetsko-podnebne politike, da do leta 2050 dosežemo podnebno nevtralnost s prehodom na obnovljive vire energije, je potrebno aktivirati različne razpoložljive obnovljive vire, vključno z biološkimi ostanki oz. odpadki. Eden od takih bioloških odpadkov, ki nastaja v velikih količinah in se večinoma nepredelan odlaga v okolje, so ostanki mlete kave. Ker ostanke mlete kave sestavljajo celuloza, hemiceluloza, lignin in proteini, predstavljajo velik potencial tudi kot biogorivo, ki lahko delno nadomesti lesno biomaso pri proizvodnji peletov. V raziskavi smo v laboratorijskih pogojih izdelali pelete iz ostankov mlete kave, ki smo jim dodali različne deleže (0 %, 25 %, 50 %, 75 %) žagovine. Izdelanim peletom smo določili lastnosti in jih glede na izmerjene vrednosti razvrstili v kakovostne razrede po standardu SIST EN ISO 17225-6:2021. Ugotovili smo, da imajo peleti z večjim deležem ostankov mlete kave višjo kurilno vrednost, večjo vsebnost pepela ter nižjo mehansko obstojnost. Peleti, izdelani iz ostankov mlete kave in dodatkom žagovine (50 % ali več), izkazujejo obetavne lastnosti kot vhodna surovina za proizvodnjo peletov. Ključne besede: peleti, ostanki mlete kave, žagovina, biološki odpadki, kurilna vrednost, kakovost peletov Abstract: In order to achieve the European energy and climate policy goal of climate neutrality by 2050, it is necessary to activate various available renewable energy sources, including biological residues or waste. One such biological waste, which is produced in large quantities and usually enters the environment unprocessed, is spent ground coffee. As spent ground coffee consist of cellulose, hemicellulose, lignin and proteins, it has great potential as a biofuel, and could partially replace wood biomass in the production of pellets. In our research, we have produced pellets under laboratory conditions from spent ground coffee to which we have added different proportions (0%, 25%, 50%, 75%) of sawdust. We determined the properties of the pellets and categorized them into quality classes based on the measured values according to the SIST EN ISO 17225-6:2021 standard. We found that pellets with a higher proportion of spent ground coffee residues have a higher calorific value, higher ash content and lower mechanical durability. Pellets made from spent ground coffee residues with the addition of sawdust (50% or more) show promising properties for use as a raw material for pellet production. Keywords: pellets, spent coffee grounds, sawdust, bio waste, calorific value, pellets quality 1 UVOD 1 INTRODUCTION Vse večja poraba energije, zaostreni pogoji za zagotavljanje zanesljivosti energetske oskrbe in tudi skrb za okolje v najširšem smislu zahtevajo vključe- vanje najrazličnejših virov energije. Z vidika varova- nja okolja, trajnosti, krožnosti in gospodarnosti je potrebno aktivirati predvsem rabo najrazličnejših bioloških odpadnih materialov, ki v procesu prede- lave ali izrabe ostajajo kot ostanki ali odpadki in lah- ko v veliki meri nadomestijo rabo lesne biomase kot energenta (Castellano et al., 2015; Škorkov, 2018; Garcίa et al., 2019; Anžič, 2021). Lesni peleti so v zadnjih letih zelo pomembna oblika trdih biogoriv, Vol. 73, No. 1, 69-80 DOI: https://doi.org/10.26614/les-wood.2024.v73n01a06 1 Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Jamnikarjeva 101, 1000 Ljubljana, Slovenia 2 Gozdarski inštitut Slovenije, Večna pot 2, 1000 Ljubljana, Slovenia 3 Dejan Verhovšek, Krovles, 3230 Šentjur pri Celju, Slovenia * e-mail: dominika.gornik@bf.uni-lj.si 70 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Suitability of spent ground coffee for pellet production namenjeni tako individualni rabi za pridobivanje to- plotne energije kot tudi industrijski rabi za pridobi- vanje toplotne in električne energije (Döring, 2013; Obernberger & Thek, 2010). Iz tega razloga raba in posledično proizvodnja peletov konstantno narašča in se je v obdobju zadnjih desetih let na globalnem nivoju povečala za 2,6-krat. Tako je proizvodnja pe- letov v letu 2022 znašala 47,6 ∙ 10 6 ton (v letu 2012 pa 18 ∙ 10 6 ton) (FAO, 2023), pri čemer v EU porabi- mo skoraj polovico svetovne proizvodnje peletov. V letu 2022 je poraba peletov v EU znašala 24,2 ∙ 10 6 ton, proizvodnja pa 24,5 ∙ 10 6 ton (Timber-online, 2024). V prihodnjih letih se še vedno pričakuje rast porabe lesnih peletov, ki lahko učinkovito nadome- ščajo rabo fosilnih goriv in s tem pozitivno vplivajo na zmanjševanje izpustov toplogrednih plinov. Le- sni peleti so trenutno izdelani predvsem iz ostankov lesnopredelovalne industrije in gozdne proizvodnje (de Souza et al., 2021). S principa krožnosti pa ima- jo tudi druge učinkovitejše možnosti rabe (Zule et al., 2017; Čufar et al., 2017; Kropivšek et al., 2023; Kropivšek et al., 2024), pri čemer se dosega tudi viš- ja dodana vrednost proizvoda. Po poročanju Mednarodne agencije za energi- jo IEA (IEA, 2021) je v scenariju Net Zero (NZE) do leta 2050 predvideno, da bo več kot 60 % svetovne oskrbe z bioenergijo, ki je ocenjena na velikost 100 EJ, leta 2050 izviralo iz trajnostnih tokov odpadkov, ki ne zahtevajo namenske rabe zemljišč. To vklju- čuje kmetijske ostanke, organske komunalne od- padke in ostanke iz gozdarstva in lesne industrije. Po scenariju NZE v letu 2050 ostanki iz predelave lesa in sečnje gozdov zagotavljajo zgolj 20 % bioe- nergije, pridobljene iz trajnostnih tokov odpadkov, kar pomeni manj kot polovico od trenutnih najbolj- ših ocen celotnega tehničnega potenciala sektorja (IEA, 2021). Zato je potrebno najti načine za akti- vacijo in učinkovito izrabo odpadnega biomateriala z uporabo naprednih novih in tudi že znanih in/ali prilagojenih tehnologij. S temi viri bi lahko v dobršni meri nadomestili rabo lesne biomase v energetske namene. V Sloveniji letno nastane nekaj več kot 1 ∙ 10 6 ton komunalnih odpadkov, kar v letu 2022 pomeni 496 kg na prebivalca, pri čemer predstavljajo ostan- ki mlete kave (v nadaljevanju kavni ostanki) 1,2 % (Anžič, 2021). V hierarhiji ravnanja z odpadki (GOV, 2024) ima recikliranje in ponovna uporaba odpad- kov višjo prioriteto kot energetska izraba odpadkov, medtem ko ima odlaganje odpadkov najnižjo prio- riteto. Kavni ostanek se večinoma odlaga v okolje brez kakršnekoli predelave, pri čemer ima to vpliv na prst in rast rastlin. Kavni ostanek vsebuje veliko ogljikovih hidratov, beljakovin, lipidov in bioaktiv- nih spojin, ki izboljšujejo kakovost tal s izboljšanjem fizikalno-kemijskih lastnosti tal in biološke rodovit- nosti. Vendar pa kavni ostanek pri nizkih koncen- tracijah (1 %) v zemlji lahko zavira rast rastlin zaradi stimulacije mikrobne rasti talnih mikroorganizmov in posledično tekmovanja za talni dušik med mikro- organizmi in rastlinskimi koreninami, kot tudi zara- di prisotnosti fitotoksičnih spojin (npr. polifenolov) (Peraz-Burillo et al., 2022). Rešitev vidijo v vermi- kompostiranju (Peraz-Burillo et al., 2022). Glede na dejstvo, da se kavni ostanki v obsegu 93 % še neobdelani odlagajo v okolje (Atabani et al., 2023), ostaja velik biomasni potencial z izred- no pestro vsebnostjo različnih organskih spojin ne- izkoriščen. Atabani et al. (2023) podaja podrobno študijo poznanih rab kavnega ostanka za proizvo- dnjo peletov in njene kemijske sestave. Vsebnost posameznih komponent zavisi od vrste kave, na- čina predelave in priprave ter rokovanja z ostanki kave. Prevladuje celuloza (20–30 %), hemiceluloza (10–20 %) in lignin (10–20 %). Ostanki kave vsebu- jejo tudi 10–20 % lipidov (trigliceridov in maščob- nih kislin), 10–15 % proteinov in manjše deleže mineralnih snovi, kofeina in taninov. Ta pestrost omogoča rabo ostankov kave v različne namene od proizvodnje biodizla, bioetanola, bioplina do uporabe v gradbeno-inženirske namene kot so npr. vključevanje v zvočno izolativni material (Nosek et al., 2019; Anžič, 2021; Colantoni et al., 2021; Ataba- ni et al., 2023; Lee et al., 2023). Tudi elementarna sestava kavnega ostanka izkazuje velik potencial za rabo le-tega v energetske namene, saj v povpre- čju vsebuje več ogljika (vsebnost 46–71 %), vodika (vsebnost 6–9 %) in manj kisika kot številne vrste druge biomase (Atabani et al., 2023). Kava velja za najpomembnejše kmetijsko trgo- vsko blago, saj se po obsegu trgovanja uvršča takoj za nafto. Največji proizvajalci kave so države Južne Amerike (Brazilija, Kolumbija) in jugovzhodne Azi- je (Vietnam). Svetovna proizvodnja kave je v letu 2022 znašala skoraj 10,3 ∙ 10 6 ton in poraba 10,7 ∙ 10 6 ton, pri čemer smo Evropejci z 31 % največji porabniki kave. Pri tem prevladujeta dve vrsti ka- vovca in sicer Arabica (60 % svetovne proizvodnje) 71 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Primernost ostankov mlete kave za proizvodnjo peletov in Robusta (skoraj 40 % svetovne proizvodnje) in v majhnem obsegu še Liberica in Excelsa. Ocenju- je se, da letno nastane okrog 15 ∙ 10 6 ton ostan- kov kave, ki se praviloma odlagajo na odlagališčih oz. ostane neizkoriščena. Količina ostankov kave je sicer odvisna od številnih dejavnikov (postopka priprave kave, granulacije kave …) in se giblje nek- je med 65 % (Colantoni et al., 2021; Atabani et al., 2023) pa vse do 91 % (Lee et al., 2023), oziroma na 1 kg kave dobimo okrog 2 kg vlažnega ostanka kave. Kavni ostanek, ki vsebuje različne organske spojine, za svojo razgradnjo potrebuje veliko kisika in pri kompostiranju nastaja kompost z veliko vsebnostjo dušika. Pri neustreznem odlaganju kavnega ostan- ka v prevelikih količinah obstaja zaradi fermentacije ostanka tudi nevarnost samovžiga in tvorba velikih količin metana, ogljikovega dioksida ter neprijetnih vonjav. Neprimerno odlaganje kavnega ostanka v okolje lahko vodi v njegovo onesnaženje (Lee et al., 2023) in povzroča toksičnen vpliv na nekatere vod- ne organizme. Po podatkih SiStat (SiStat, 2024 a) je Slovenija v letu 2023 skupno uvozila 22.100 ton kave (od tega s 75 % prevladuje nepražena kava), medtem ko je bil izvoz kave v obsegu 11.000 ton, iz česar lahko zak- ljučimo, da smo v Sloveniji v letu 2023 popili 11.100 ton kave oziroma skoraj 5,3 kg na prebivalca (kavni nadomestki niso upoštevani). Tako lahko ocenimo, da je v letu 2023 nastalo med 6.600 ton in 10.000 ton kavnega ostanka. Kava je ena izmed najbolj priljubljenih pijač zaradi raznolikega in aromatičnega okusa, ki ima zaradi kofeina zelo poživljajoč učinek. Kavo proizva- jamo iz plodov kavovca (Coffea), ki spada v družino Rubiaceae. Najpomembnejši vrsti za pridelavo kave sta Coffea arabica (Arabica) in Coffea canephora (Robusta) (slika 1 a). Arabica predstavlja skoraj dve tretjinji svetovne pridelave kave in je cenjena po svojih bogatih okusih in aromah, medtem ko ima Robusta močnejši okus in večjo vsebnost kofeina in se pogosto uporablja v mešanicah espresso kave. Postopek predelave kave obsega več faz in od njihove izvedbe je zelo odvisno, kakšen bo okus kave. Plodovom grma kavovca po ročnem obiranju najprej odstranijo ovoj, ki obdaja vsako zrno kave, zrna nato posušijo na zraku in sortirajo po kakovo- sti, velikosti in teži. Na ta način dobimo surovo kavo, ki se večinoma pakira v 60 kg vreče, ki so osnovna enota pri trgovanju s surovo kavo (slika 1 b, c). Su- rovo kavo nato pražijo, pri čemer so pogoji praženja (temperatura in trajanje praženja) ključnega pome- na za okus in aromo kave. Temu sledi hlajenje pra- žene kave (slika 1 d). Nadaljnji postopki (mletje in pakiranje) so odvisni od načina priprave kave. Po podatkih Gozdarskega inštituta Sloveni- je (GIS, 2023a) je v letu 2022 proizvodnja peletov pri nas znašala 164.000 ton, po podatkih SiStat-a (SiStat, 2024 b) smo uvozili 125.614 ton peletov in izvozili 164.679 ton. Stanje kakovosti lesnih peletov na slovenskem trgu periodično spremljajo na Goz- Slika 1. Faze predelave kave: (a) surova kava Arabica in Robusta, (b) vreča surove kave, (c) skladiščenje surove kave, (d) ohlajevanje pražene kave. Figure 1. Stages of coffee processing: (a) raw Arabica and Robusta coffee, (b) bag of raw coffee, (c) storage of raw coffee (d) cooling of roasted coffee. 72 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Suitability of spent ground coffee for pellet production darskem inštitutu Slovenije v sodelovanju z Zvezo potrošnikov Slovenije in ugotavljajo, da se kakovost peletov na slovenskem tržišču izboljšuje, saj prevla- dujejo peleti najvišje kakovosti A1 (GIS, 2023b). Kot kaže ena zadnjih raziskav (Pirc Barčić et al., 2020), v kateri so s pomočjo ankete raziskovali trenutno sta- nje rabe peletov in predvidevanja njihove rabe za naslednje petletno obdobje, se v Sloveniji na lesno biomaso ogreva 43 % gospodinjstev, v naslednjih petih letih pa namerava preiti na pelete še dobra petina gospodinjstev. V proizvodnji peletov se da- nes največ uporablja les oziroma ostanki iz žagarske in lesnopredelovalne industrije (npr. sekanci, žago- vina in drobni oblanci), saj je takšen les neoporečen in kemijsko neobdelan (Gornik Bučar et al., 2021). Za žagovino so značilni majhni delci, zato pripra- va surovine za nadaljnje peletiranje ni energetsko potratna. Praviloma je žagovina iz žagarskih obra- tov brez lubja (ali drugih nečistoč), kar omogoča proizvodnjo visokokakovostnih peletov. Kakovost nelesnih peletov in mejne vrednosti posameznih kriterijev opredeljuje standard SIST EN ISO 17225-6:2021, po katerem razvrčamo pelete, iz- delane iz zelnate, sadne in vodne biomase, ter nje- nih mešanic z lesno biomaso. Omenjeni standard sodi v serijo standardov SIST EN ISO 17225:2021, ki definirajo ključne parametre in njihove mejne vred- nosti, ki jih nadziramo pri razvrščanju biogoriv v kakovostne razrede. Standardi v posameznih delih določajo kakovostne razrede trdih biogoriv in sicer peletov, sekancev, briketov, drv in nelesnih peletov in briketov. Mejne vrednosti posameznih lastnosti nelesnih peletov, ki jih opredeljuje standard SIST EN ISO 17225-6:2021, prikazuje preglednica 1. 2 MATERIALI IN METODE 2 MATERIALS AND METHODS 2.1 MATERIALI 2.1 MATERIALS Za proizvodnjo smo uporabili kavne ostanke z vsebnostjo vode okoli 60 %, ki smo jih dobili v gostinskem lokalu, pri čemer je prevladovala kava vrste Arabica. Kavni ostanek je preostanek kave po ekstrakciji pri temperaturi nad 95 ⁰C in povišanem tlaku. Žagovino smo dobili iz žagarskega obrata, ki razžaguje svežo, lupljeno hlodovino iglavcev. Žago- vina je imela vlažnost med 50 % in 60 %. 2.2 METODE 2.2 METHODS Postopek izdelave peletov je potekal v več fa- zah, pri čemer smo najprej analizirali vhodno suro- vino (kavni ostanek in žagovino), pripravili ustrezne mešanice za peletiranje, izvedli postopek peletira- nja in nato določili lastnosti izdelanih peletov. 2.2.1 Analiza vhodne surovine in priprava meša- nice surovine 2.2.1 Analysis of incoming raw material and preparation of raw material mixture Vhodni surovini (žagovini in kavni usedlini) smo določili začetno vlažnost, jo posušili in s se- jalno analizo določili velikost delcev. Dostavljeni surovini smo določili začetno vlažnost skladno s standardom SIST EN ISO 18134-2:2017 s sušenjem pri temperaturi 103 ⁰C do konstantne mase. Na osnovi dobljenih podatkov o vlažnosti smo vso su- rovino posušili v sušilni komori Memmert UFP 600. Za izdelavo peletov smo žagovino pomleli z mlinom Retsch SM200 prek sita z velikostjo delcev 4 mm. Iz posušene in zdrobljene surovine smo pripravili štiri mešanice z različnimi volumskimi razmerji kavnega ostanka in žagovine (preglednica 2). Nasutna go- Preglednica 1. Specifikacija peletov, izdelanih iz nelesne biomase po standardu SIST EN ISO 17225- 6:2021. Table 1. Specification of non-woody pellets accord- ing to the EN ISO 17225-6:2021. Mejna vrednost za kakovostni razred A Mejna vrednost za kakovostni razred B Vsebnost vode [%] ≤ 12 ≤ 15 Mehanska obstojnost [%] ≥ 97,5 ≥ 96 Gostota nasutja [kg/m³] ≥ 600 ≥ 550 Vsebnost pepela [%] ≤ 6,0 ≤ 10 Kurilna vrednost [MJ/kg] ≥ 14,5 ≥ 14,5 Preglednica 2. Surovinska sestava peletov (volum- ska razmerja). Table 2. Raw material composition of pellets (vol- ume ratios). Oznaka 25 K 50 K 75 K 100 K Kavni ostanek (delež %) 25 50 75 100 Žagovina (delež %) 75 50 25 0 73 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Primernost ostankov mlete kave za proizvodnjo peletov stota žagovine z vsebnostjo vode 11,7 % je znašala 174,6 kg/m³, nasutna gostota ostanka kave z vseb- nostjo vode 1,7 % pa 321,6 kg/m³. Po temeljitem mešanju s pomočjo električnega mešala smo vsako mešanico kondicionirali na cilj- no vsebnost vode 11,5 %. Pred peletiranjem smo ponovno določili vlažnosti pripravljenih mešanic z merilnikom vlažnosti BEA-MA110-1. 2.2.2 Postopek peletiranja 2.2.2 Pelletization Peletriranje smo izvedli na peletirnem stroju Kahl 14-175. Vse mešanice smo izdelali pod enaki- mi parametri peletiranja. Matrica je imela kanale premera 6 mm in dolžine 36 mm. Peletiranje smo izvedli pri ciljni temperaturi matrice 80 o C. Število vrtljajev mešalnika je bilo naravnano na nivo 3. Hit- rost vrtenja podajalnega polža je bila 90 vrt/min, pritisnih valjev pa 1310 vrt/min. Izdelane pelete smo ohladili na pladnjih pri sobni temperaturi. Med peletiranjem smo merili porabo električne energi- je in kapaciteto peletiranja. Z vsako mešanico smo izdelali med 8 in 10 kg peletov s ciljno vsebnostjo vode pod 10 %. 2.2.3 Določanje kakovosti peletov 2.2.3 Pellet quality determination Kakovost peletov smo določali po standardizi- ranih postopkih, prikazanih v preglednici 3. Podrob- ne postopke poteka določanja kakovosti peletov opisujejo Prislan et al. (2015). Pri razvrščanju izdelanih peletov v kakovostne razrede smo upoštevali kriterije oziroma mejne vrednosti, ki jih predpisuje standard za razvrščanje nelesnih peletov SIST EN ISO 17225-6:2021. 2.2.4 Poraba energije pri peletiranju 2.2.4 Energy consumption for pelletization Pri določanju potrebne energije za proizvo- dnjo peletov smo se omejili na ugotavljanje porabe energije med postopkom peletiranja in pa potreb- no energijo za sušenje oz. pripravo vhodne surovi- ne ustrezne vlažnosti. Energije, ki jo potrebujemo za zbiranje in transport vhodne surovine, v raziskavi nismo upoštevali. Energijo za sušenje vhodne surovine smo iz- računali po enačbi (1), kjer je w 1 začetna vsebnost vode v vhodni surovini, w 2 vsebnost vode v priprav- ljeni vhodni surovini po sušenju, T 1 je temperatura vhodne surovine pred sušenjem, c p je specifična to- plota vode in q i je izparilna toplota vode. V izračunu smo uporabili vrednosti za specifično toploto c p = 4181 J/kgK in izparilno toploto q i = 2256,9 kJ/kg. Ww wT cq pi   () (( )) 12 1 100 �� (1) Za merjenje porabljene energije za peletiranje smo uporabili strojno in programsko opremo proi- zvajalca Cirkutor. Trifazni števec električne energije z oznako CEM C20 je bil z ethernet vmesnikom z oznako CEM M-ETH povezan z osebnim računalni- kom. Porabo električne energije smo beležili v *.cvs datoteko s programskim paketom PowerStudio. Analizo in preračun porabe električne energije za peletiranje 1 kg peletov pa smo izvedli v program- skem paketu Excel. Preglednica 3. Postopki ugotavljanja lastnosti peletov. Table 3. Methods of determining the pellets‘ properties. Merjena lastnost Postopek Merilna naprava–oznaka Vsebnost vode SIST EN ISO 18134-2:2017 Memmert UFP 600 Vsebnost vode** Metoda tehtanja BEA-MA-110-1 Gostota nasutja* SIST EN ISO 17828:2016 Mehanska obstojnost SIST EN ISO 17831-1:2016 BEA TUMBLER 2000 R Vsebnost pepela SIST EN ISO 18122:2023 Nabertherm LE 14/22 B 300 Kurilna vrednost SIST EN ISO 18125:2017 Kalorimeter IKA C200 auto *modificirana metoda, postopek opisujejo Gornik Bučar et al. (2021) ** nestandardiziran postopek, uporabljen za hitro določanje vlažnosti med peletiranjem 74 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Suitability of spent ground coffee for pellet production 3 REZULTATI IN RAZPRAVA 3 RESULTS AND DISCUSSION 3.1 VHODNA SUROVINA IN NJENA PRIPRAVA 3.1 INPUT RAW MATERIAL AND ITS PREPARATION Eden od pomembnejših izzivov pri izdelavi pe- letov na osnovi kavnega ostanka je zagotovo nje- govo zbiranje, logistika dobave in seveda sušenje. Kavni ostanek ima visoko vlažnost in vsaj v prvi fazi tudi temperaturo, kar lahko povzroča nastajanje plesni. Poleg tega kavni ostanek nastaja razprše- no, tako da je za zbiranje zadostnih količin kavnega ostanka potrebna dobra organiziranost deležnikov. Kavno usedlino, ki jo je treba čim prej osušiti, lah- ko sušimo na prostem (naravno sušenje), pri čemer so potrebne ustrezne površine (Anžič, 2021) ali pa tehnično v različnih sušilnih komorah. V obeh pri- merih je potrebno obračanje kavne preproge, da zagotovimo enakomeren potek sušenja. Po suše- nju smo kavno usedlino dobro zdrobili, saj izkazuje težnjo po kepenju. Drobljenje smo izvajali ročno, s pomočjo sita z odprtinami dimenzije 3,15 mm. Na osnovi sejalne analize smo ugotovili, da je imela žagovina 99,8 % delcev manjših od 3,15 mm (od tega je delež velikosti delcev med 1–2 mm znašal 59,9 %), medtem ko je pri kavnem ostan- ku 69,1 % delcev bilo v velikostnem razredu med 0,25 mm in 1,0 mm. Pri analizi potrebne energije za sušenje vhodne surovine kavnega ostanka smo obravnavali dva vzorca dveh dobaviteljev kavnega ostanka. Povpreč- na vsebnost vode treh vzorcev prvega dobavitelja je bila 58,7 %, drugega pa 66,4 %. Pri pripravi mešani- ce z različnimi deleži kavnega ostanka za izdelavo peletov smo kavno usedlino posušili na vsebnost vode 11,5 %. Izračun potrebne energije za sušenje kavnega ostanka z enačbo (1) je za prvega dobavi- telja znašal 339,8 Wh/kg za drugega pa 395,2 Wh/ kg. V izračunih smo upoštevali, da je bila začetna temperatura kavnega ostanka 20 ⁰C. 3.2 PELETIRANJE 3.2 PELLETIZATION S peletiranjem ostankov kave nismo imeli no- benih izkušenj, zato smo se na podlagi dostopne literature odločili za okvirne parametre peletiranja. Atabani et al. (2023) sicer v svoji pregledni študiji podajajo celovito in podrobno analizo rabe različ- nih odpadnih biomaterialov in kavnega ostanka in se osredotočajo na kemijsko sestavo, vendar ne na- vajajo pogojev peletiranja. Podobno tudi Jeguirim et al. (2016) podrobno analizirajo termično razgra- dnjo peletov iz ostankov kave, vendar ne navajajo podrobno pogojev, pri katerih je potekalo peletira- nje. Limousy et al. (2013) so peletirali mešanice kav- nega ostanka (50 %) in žagovine bora (50 %) in izva- jali peletiranje pri temperaturi 80 o C. Iz tega razloga smo izvajali peletiranje pri ciljni temperaturi 80 o C, ki pa smo jo v primeru peletiranja z večjim deležem kavnega ostanka težko vzdrževali, saj je temperatu- ra med peletiranjem padala. Predvidevamo, da se med peletiranjem mešanic z večjim deležem kave ni generiralo zadostno trenje kavnega ostanka na matrici in stenah kanalov, kar bi pripomoglo k dvigu temperature peletiranja kavnega ostanka. Kapaciteto peletiranja smo določali na osno- vi mase izdelanih peletov (slika 2) in ne na osnovi mase vhodne surovine. Kapaciteta se je gibala od 8 kg/h do 12,5 kg/h (slika 3). Peleti so po peleti- ranju padali na sito z velikostjo odprtin 5 mm, kar pomeni, da pri izračunu kapacitete nismo upošte- Slika 2. Peleti, izdelani z različnimi deleži kavnega ostanka in žagovine. Figure 2. Pellets made with different proportions of spent coffee grounds and sawdust. Slika 3. Kapaciteta peletiranja mešanic z različnim deležem kavnega ostanka. Figure 3. Pelletization capacity of mixtures with dif- ferent proportions of spent coffee grounds. 75 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Primernost ostankov mlete kave za proizvodnjo peletov vali manjših delcev. To tudi pojasnjuje, zakaj je ka- paciteta peletiranja 100 K (100 % kavnega ostanka) bila nižja, kljub temu, da je peletiranje potekalo popolnoma brez težav in prekinitev. Pri tem peleti- ranju je bil prisoten večji delež peletov, manjših od dimenzije 5 mm. 3.3 PORABA ENERGIJE ZA PELETIRANJE 3.3 ENERGY CONSUMPTION FOR PELLETIZATION Pri peletiranju različnih mešanic z različnim de- ležem kavnega ostanka smo merili tudi porabo ele- ktrične energije peletirnega stroja. Porabljeno elek- trično energijo za peletiranje posamezne mešanice smo normirali na maso (kg) proizvedenih peletov. Skladno s pričakovanji se je porabljena električna energija z večanjem deleža kavnega ostanka zmanj- ševala od 107,3 Wh/kg za mešanico s 25 % kavnega ostanka do 53,4 Wh/kg za 100 % kavnega ostanka (slika 4). 3.4 LASTNOSTI PELETOV 3.4 PROPERTIES OF PELLETS Peletom, izdelanim iz mešanic z različnim de- ležem kavnega ostanka, smo izmerili lastnosti in ugotovili, da vsebnost vode (slika 5), gostota nasu- tja (slika 6), kurilna vrednost (slika 7) in vsebnost pepela (slika 9) izpolnjujejo zahteve za uvrstitev v najvišji kakovostni razred A po zahtevah standarda za nelesne pelete SIST EN ISO 17225-6:2021. Naraš- čanje deleža kavnega ostanka se odraža v narašča- nju kurilne vrednosti, kar se ujema z ugotovitvami drugih avtorjev (Limousy et al., 2013; Ciesielczuk et al., 2015; Kasantiukl, 2019; Nosek et al., 2020; Woo et al., 2021), in je tudi pričakovano zaradi ugodne kemijske sestave kavnega ostanka. Kritična lastnost izdelanih peletov je mehanska obstojnost (slika 8), saj peleti ne dosegajo vrednosti niti za uvrstitev v kakovostni razred B za nelesne pelete. V primeru 25 % deleža kavnega ostanka smo sicer dosegli 94,1 % mehansko obstojnost (slika 8), kar je obeta- joč rezultat. Menimo, da bi z optimiranjem pogojev peletiranja te mešanice dosegli zahteve standarda za uvrstitev v najvišji kakovostni razred. S poveče- vanjem deleža kavne usedline v peletih se njihova mehanska obstojnost močno zmanjša. V naši razi- skavi smo vse mešanice z različnim deležem kavne- ga ostanka peletirali z matrico, ki je imela dolžino Slika 4. Poraba električne energije pri peletiranju mešanic z različnim deležem kavnega ostanka. Figure 4. Electricity consumption during pelletiza- tion of mixtures with different proportions of spent coffee grounds. Slika 5. Vsebnost vode peletov, izdelanih iz mešanic z različnim deležem kavnega ostanka in mejne vred- nosti za nelesne pelete. Figure 5. Water content of pellets from mixtures with different proportions of spent coffee grounds and limit values for non-wood pellets. Slika 6. Gostota nasutja peletov, izdelanih iz meša- nic z različnim deležem kavnega ostanka in mejne vrednosti za nelesne pelete. Figure 6. Bulk density of pellets made from mix- tures with different proportions of spent coffee grounds and limit values for non-wood pellets. 76 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Suitability of spent ground coffee for pellet production kanalov 38 mm. Predvidevamo, da bi se mehansko obstojnost peletov, izdelanih iz kavnega ostanka, dalo povečati, če bi povečali dolžino kompresijske- ga kanala v matrici. S povečevanjem deleža kavnega ostanka v me- šanici za izdelavo peletov se povečuje tudi vseb- nost pepela v izdelanih peletih (slika 9). Vendar je tudi pri peletih, izdelanih samo iz kavnega ostanka, vsebnost pepela veliko manjša od 6 %, kar je mejna vrednost za A kakovostni razred za nelesne pelete. V raziskavi smo želeli ugotoviti možnost upo- rabe kavnega ostanka, ki se neizkoriščen odlaga v okolje, za proizvodnjo peletov. Že iz literaturnih po- datkov smo pričakovali, da imajo peleti z večanjem deleža kave višjo kurilno vrednost, hkrati pa tudi večji delež pepela in slabšo mehansko odpornost, kar so potrdili tudi naši rezultati. Peleti, izdelani iz 100 % kavnega ostanka, imajo nizko mehansko obstojnost. Uporaba peletov, izdelanih iz 100 % kavnega ostanka, je manj priporočljiva, saj pride pri zgorevanju peletov iz čistega kavnega ostanka do padca temperature zgorevanja v kotlu, kar pri- pisujejo deležu finih delcev, ki »zadušijo« plamen. To vodi do nepopolnega izgorevanja, zaradi česar se poveča delež emisij ogljikovega monoksida, kot tudi delež emisij dušikovih oksidov (Atabani et al., 2023). Podobne ugotovitve navajajo tudi drugi (Li- mousy et al., 2013, Nosek et al., 2020), saj ugota- vljajo, da se pri kurjenju peletov iz čistega kavnega ostanka zmanjša učinkovitost kotla in poveča delež finih delcev v dimnih plinih. 4 ZAKLJUČKI 4 CONCLUSIONS Za zagotavljanje zelene energije in v skrbi za okolje je potrebno vključevanje različnih virov bio- mase kot tudi njenih ostankov in odpadkov. Lesna biomasa je zagotovo eden od najpomembnejših vi- rov trdih biogoriv, vendar se lahko le-ta uporablja tudi v drugih rabah, ki omogočajo večjo krožnost, kaskadno rabo in doseganje višje dodane vrednosti. Kljub temu so ostanki iz žagarske industrije najpo- Slika 7. Kurilna vrednost peletov, izdelanih iz meša- nic z različnim deležem kavnega ostanka in mejne vrednosti za nelesne pelete. Figure 7. Calorific value of pellets from mixtures with different proportions of spent coffee grounds and limit values for non-wood pellets. Slika 8. Mehanska obstojnost peletov, izdelanih iz mešanic z različnim deležem kavnega ostanka in mejne vrednosti za nelesne pelete. Figure 8. Mechanical durability of pellets from mix- tures with different proportions of spent coffee grounds and limit values for non-wood pellets. Slika 9. Vsebnost pepela v peletih, izdelanih iz me- šanic z različnim deležem kavnega ostanka in mejne vrednosti za nelesne pelete. Figure 9. Ash content in pellets from mixtures with different proportions of spent coffee grounds and limit values for non-wood pellets. 77 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Primernost ostankov mlete kave za proizvodnjo peletov membnejši vir vhodne surovine za izdelavo peletov, ki so standardizirano trdo biokurivo, katerega proi- zvodnja in raba konstantno narašča. V raziskavi smo želeli proučiti, ali so kavni os- tanki primerni za izdelavo peletov oz. ali s kavnimi ostanki lahko nadomestimo del lesne biomase v pe- letih. Peletiranje smo izvedli na laboratorijski pele- tirni napravi in izdelali pelete s 25 %, 50 %, 75 % in 100 % volumskim deležem kavnega ostanka. Izde- lanim peletom smo po standardnih postopkih do- ločili vsebnost vode, gostoto nasutja, delež pepela, kurilno vrednost in mehansko obstojnost in pri tem upoštevali zahteve standarda za nelesne pelete SIST EN ISO 17225-6:2021. Izdelani peleti, ki ima- jo visoko kurilno vrednost in nizko vsebnost vode, ne dosegajo kakovostnih zahtev standarda samo v primeru mehanske obstojnosti in sicer ne glede na količino kavnega ostanka. Meritve so pokazale, da se največ energije pri peletiranju porabi za sušenje vhodne surovine. V primeru peletiranja mešanic kavnega ostanka in žagovine je smiselno sušenje kavnega ostanka op- timizirati, saj je vsebnost vode v kavnem ostanku večja kot pa v svežem lesu in tako predstavlja tudi večji strošek. Rezultati raziskave kažejo, da je kavni ostanek lahko primeren dodatek oz. substitut žagovini za izdelavo peletov, vendar je treba prilagoditi pogo- je peletiranja, zelo zahtevna pa je logistika dobave kavnega ostanka in tudi njegovo sušenje. 5 POVZETEK 5 SUMMARY Increasing energy consumption, stringent re- quirements to ensure the reliability of energy sup- ply and concern for the environment in the broad- est sense require the integration of a wide variety of energy sources. From the point of view of en- vironmental protection, sustainability, the circular economy and economic efficiency, it is necessary to activate the use of a variety of bio-waste materials that remain as residual or waste materials during processing or use, and can largely replace the use of wood biomass for energy. This would also pur- sue the goals of the IEA (IEA, 2021) or Net Zero sce- nario. One such biowaste material is spent coffee grounds, which offer the potential for the produc- tion of pellets due to their availability and diverse chemical composition. In recent years, wood pel- lets have become a very important form of solid bi- ofuel, intended both for individual use to generate thermal energy and for industrial use to generate heat and electricity. The use and therefore also the production of pellets is constantly increasing and has risen 2.6-fold worldwide in the last ten years. Wood pellets are currently mainly produced from sawmill residues, but most of these residues can be used more efficiently in new innovative products with great substitution potential, according to the principle of the circular economy. The study investigated whether spent coffee grounds can be used for the production of pellets, whereby spent coffee grounds can replace part of the wood biomass (sawdust). Pelleting was car- ried out on a laboratory pelleting press and pellets were made using a mixture of 25% (25 K), 50% (50 K), 75% (75 K) and 100% (100 K) of spent coffee grounds with spruce sawdust. Spent coffee grounds received from a restaurant were first dried to pre- vent the occurrence of mold. Pelletization was car- ried out on a Kahl flat press at a target temperature of 80 o C, while the power consumption was moni- tored (Figure 4). After cooling and conditioning, we determined the water content (Figure 5), bulk den- sity (Figure 6), calorific value (Figure 7), mechanical durability (Figure 8) and ash content (Figure 9) of the pellets and compared them with the require- ments of the EN ISO 17225-6:2021 standard. The results show that the pellets only fail to meet the requirements of the mentioned standard in the case of mechanical durability. We can con- clude that spent coffee grounds have the potential to partially replace sawdust in the production of pellets (at a proportion of 50% or less), but it is nec- essary to adjust the pelleting conditions. It should be noted that the organization of the collection, de- livery logistics and drying of spent coffee grounds is very demanding and yet crucial for the successful activation of spent coffee grounds for pellet pro- duction. ZAHVALA ACKNOWLEDGEMENTS Izvedbo raziskave je omogočila Javna agenci- ja za raziskovalno in inovacijsko dejavnost (ARIS), programske skupine P4-0015 Les in lignocelulozni 78 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Suitability of spent ground coffee for pellet production kompoziti, P4-0107 Gozdna biologija, ekologija in tehnologija in P2-0182 Razvojna vrednotenja. Za tehnično pomoč pri raziskavi se zahvaljujemo Dra- gu Vidicu, Urbanu Žitku in Aleksu Šulcu. VIRI REFERENCES Anžič, L., (2021). Briketiranje kavnih ostankov za pripravo goriva iz odpadkov. Diplomsko delo. Ljubljana: UL NTF Atabani, A. E., Mahmoud, E., Aslam, M., Naqvi, S. R., Juchelkova, D., Bhatia, S. K., …, & Palacky, P . (2023). Emerging potential of spent coffee ground valorization for fuel pellet production in a biorefinery. Environment Development and Sustainability, 25, 7585–7623. DOI: https://doi.org/10.1007/s10668-022- 02361-z Castellano, J. M., Gómez, M., Fernández, M., Eseban, L. S., & Carra- sco, J. E. (2015). Study on the effects of raw materials composi- tion and pelletization conditions on the quality and properties of pellets obtaind from different woody and non woody bio- masses. Fuel, 139, 629–636. Ciesielczuk, T., Karwaczyńska, U., & Sporek, M. (2015). The possibi- lity of disposing of spent coffee groundwith energy recycling. Journal of Ecological Engineering, 4, 133–138. DOI: https://doi. org/10.12911/22998993/11111 Colantoni, A., Paris, E., Bianchini, L., Ferri, S., Marcantonio, V., Car- nevale, M., …,& Gallucci F. (2021). Spent coffee ground chara- cterization, pelletization test and emissions assessment in the combustion process. Scientific reports, 11, art. 5119. Čufar, K., Gorišek, Ž., Merela, M., Kropivšek, J., Gornik Bučar, D., & Straže, A. (2017). Lastnosti bukovine in njena raba. Les / Wood, 66(1), 27–39. de Souza, H. J. P . L., Muñoz, F., Mendonça, R. K., Sáez, K., Olave, R., Se- gura, C., …, & Rodríguez-Soalleiro, R. (2021). Influence of lignin distribution, physicochemical characteristics and microstructu- re on the quality of biofuel pellets made from four different types of biomass. Renewable Energy, 163, 1802–1816. Döring, S. (2013). Power from pellets. Technology and Applications. Berlin, Heidelberg: Springer. FAO (2023). FAOSTAT. URL: https://www.fao.org/faostat/en/#data/ FO (1.3.2024) Garcίa, R., Gil, M. V., Rubiera, F., Pevida, C. (2019). Pelletization of wood and alternative residual biomass blends for producing industrial quality pellets. Fuel, 251, 739–753. DOI: https://doi. org/10.1016/j.fuel.2019.03.141 GIS (2023a). Trg lesnih peletov v Sloveniji v letu 2022. URL: https://wcm.gozdis.si/sl/infogozd/strokovni-prispevki/clan- ki/2023072611582137/trg-lesnih-peletov-v-sloveniji-v-le- tu-2022 (1.3.2024) GIS (2023b).Kakovost peletov na slovenskem trgu v letu 2023. URL: https://wcm.gozdis.si/sl/infogozd/strokovni-prispevki/clan- ki/2023090809591006 kakovost-peletov-na-slovenskem-trgu- -v-letu-2023/ (15.3. 2024) Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Smolnikar, P ., Stare, D., Krajnc, N., & Gospodarič, B. (2021). Uporabnost lesnih ostankov tujerodnih invazivnih drevesnih vrst za proizvodnjo peletov. Les/Wood, 70(1), 45–58. DOI: https://doi.org/10.26614/les-wood.2021. v70n01a04 GOV (2024). URL: https://www.gov.si/teme/ravnanje-z-odpadki/ (15.3. 2024) IEA (2021). URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/deebe- f5d-0c34-4539-9d0c-10b13d840027/NetZeroby2050-ARoad- mapfortheGlobalEnergySector_CORR.pdf (20.3.2024) Jeguirim, M., Limousy, L., & Fossard, E. (2016). Characterization of coffee residues pellets and their performance in residential combustor. International juournal of green energy, 13(6), 608– 615. DOI: https://doi.org/10.1080/15435075.2014.888664 Kasantiukl, B. (2019). The potential study of coffee, acacia wood and corn cob residuesto produce biomass pellets fuel. In: 10th TSME_ International conference on mechanical engine- ering IOP Conf.Series: material science and engineering 886 (2020) 1012002 88g 012002. DOI: https://doi.org/10.1088/ 1757-899X/886/1/012002 Kropivšek, J., & Gornik Bučar, D. (2017). Dodana vrednost v izdelkih v gozdno-lesni verigi. Les/Wood, 66(1), 62–71. Kropivšek, J., Straže, A., & Gornik Bučar, D. (2023). Kvalitativna/stra- teška analiza izbranih verig vrednosti v slovenskem gozdno-les- nem biogospodarstvu. Les/Wood, 72(1), 35–48. DOI: https:// doi.org/10.26614/les-wood.2023.v72n01a04 Kropivšek, J., Straže, A., & Gornik Bučar, D. (2024). Analysis of prima- ry value chains in the Slovenian forest and wood bioeconomy. Drvna industrija, (v tisku) Lee, K. T., Shih, Y . T., Rajendran, S., Park, Y . K., & Chen, W. H. (2023). Spent coffee ground torreffaction for waste remediation and valorization. Environmental pollution, 324. DOI: https://doi. org/10.1016/j.envpol.2023.121330 Limousy, L., Jeguirim, M., Dutourinié, P ., Kraiem, N., Lajili, M., & Said, R. (2013). Gaseous products and particulate matter emissions of biomass residental boiler fired with spent coffe grounds pel- lets. Fuel, 107, 323–329. Nosek, R., Tun, M. M., & Juchelkova, D. (2020). Energy utilization of spend coffee grounds in the form of pellets. Energy, 13(5),1235. DOI: https://doi.org/10.3390/en13051235 Obernberger, I., Thek, G. (2010). The pellet handbook. The produ- ction and Thermal utilisation of pellets. London, Washington: Earthscan, 549 str. Peréz-Burillo, S., Cervera-Mata, A., Fernández-Arteaga, A., Pastoriza, S., Rufián-Henares, J. A., & Delgado, G. (2022). Why should we be concerned with the use of spent coffee grounds as an orga- nic amendment of soils? A narrative review. Agronomy, 12(11), 2771. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy12112771 Pirc Barčić, A., Grošelj, P ., Oblak, L., Motik, D., Kaputa, V., Glavonjić, B., Bego, M., & Perić, I. (2020). Possibilities of increasing re- newable energy in Croatia, Slovenia and Slovakia – Wood pellets. Drvna industrija, 71(4), 395–402. DOI: https://doi. org/10.5552/drvind.2020.2024 79 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024 Gornik Bučar, D., Prislan, P ., Verhovšek, D., & Gospodarič, B.: Primernost ostankov mlete kave za proizvodnjo peletov Prislan, P ., Krajnc, N., Piškur, M. (2015). Kakovost lesnih pelet na slo- venskem trgu. Gozdarski vestnik, 73(9), 411–418. SIST (2016). Trdna biogoriva–Metode za določevanje prostorninske mase (SIST EN ISO 17828:2016). SIST (2016). Trdna biogoriva–Določevanje mehanske odpornosti pe- letov in briketov 1. del: Peleti (SIST EN ISO 17831-1:2016). SIST (2017). Trdna biogoriva–Določevanje vlage–Metoda sušenja v peči–2. del: Celotna vlaga–Poenostavljena metoda (SIST EN ISO 18134-2:2017). SIST (2017). Trdna biogoriva–Določevanje kalorične vrednosti (SIST EN ISO 18125:2017) SIST (2021). Trdna biogoriva–Specifikacije goriv in razredi–6. del: Raz- vrščeni nelesni peleti (SIST EN ISO 17225-6:2021). SIST (2023). Trdna biogoriva–Določevanje vsebnosti pepela (SIST EN ISO 18122:2023). SiStat (2024 a). URL: https://pxweb.stat.si/SiStatData/pxweb/sl/Da- ta/-/2490201S.px/table/tableViewLayout2/ (1.3.2024) SiStat (2024 b). URL: https://pxweb.stat.si/SiStatData/pxweb/sl/Da- ta/-/1706041S.px8 (5.3.2024) Škrokov, M. (2018). Uporabnost peletov iz žagovine in oljčnih tropin. Dipl. delo. Ljubljana: UL, Biotehniška fakulteta, 62 p. Timber online (2024). URL: https://www.timber-online.net/ energy/2023/11/strong-growth-in-asian-demand-for-pellets. html (11.3.2024) Woo, D. G., Kim, S. H., & Kim, T. H. (2021). Solid fuel characteristic of pellets comprising spent coffee grounds and wood powder. Energies, 14, 371. DOI: https://doi.org/10.3390/en14020371 Zule, J., Gornik Bučar, D., & Kropivšek, J. (2017). Inovativna raba bu- kovine slabše kakovosti in ostankov. Les/Wood, 66(1), 41–51. DOI: https://doi.org/10.26614/les-wood.2017.v66n01a04 80 Les/Wood, Vol. 73, No. 1, June 2024