科技产品与生活：“咖啡渣”电容器与杜仲种子，优秀在哪儿？今天我们就来聊聊这个话题。
“咖啡渣”电容器：废物利用，超低成本的双层电容器
把咖啡豆烘焙之后研磨成粉，将其中可以作为饮料的成分提纯后剩下的东西就是咖啡渣。看似不起眼的咖啡渣可以作为“双电层电容器（EDLC）”的电极原料，相关的研发也正在紧锣密鼓进行当中。把咖啡渣用在双电层电容器（EDLC）电极中可以节约大量生产成本。
很多饮料加工厂每天都要排出大量的咖啡渣，这些咖啡渣属于废料，工厂需要花钱进行处理。可如果工厂能够保证流通途径，完全可以低价买入。EDLC的电极要使用活性炭，现在普遍使用的是还算物美价廉的椰子活性炭。日本静冈县工业技术研究所滨松工业技术支援中心材料科主任、研究员菊池圭祐表示：“经计算，咖啡活性炭要比椰子活性炭的成本低6成左右。”
咖啡渣的性能与椰子活性炭不相上下：静冈县工业技术研究的技术人员在积极研究摸索咖啡渣作为一种产业废弃物的可再利用性，EDLC电极的活性炭原料进入了大家的视野。咖啡渣一半的成分为碳，呈气孔状，可以尝试应用在活性炭原料中。在试验阶段，技术人员在模拟再生系统的试验装置上设置好了咖啡渣活性炭EDLC试制品，并成功点亮了汽车前灯，可实现30秒充电（W）和2分钟放电（30W）。
当然，作为一种EDLC新原料，还需要发挥出较为优异的性能。从研究所的试验结果来看，咖啡渣活性炭EDLC的蓄电容量和输出功率与普通椰子壳活性炭EDLC相差无几。通常情况下，活性炭的表面积标准需要达到平均1g/㎡以上。单位重量的表面积越大，EDLC的电极蓄电量越高。椰子壳活性炭表面积为～㎡左右，而咖啡渣活性炭大约为～㎡，基本持平。
制成活性炭后进行微型化处理：静冈县工业技术研究所把咖啡渣制成的活性炭用到了层压型的EDLC（层压电池）中，并进行了试验。在再生系统中，技术人员把八个单位的层压电池排成一列，并连接了起来。
把咖啡渣活性炭涂敷在铝箔上，构成电极组件。再生系统中就搭载了8个这种层压电池。层压电池的构造是交叉关联浸渍过电解液的分离器和涂敷有活性炭的铝箔电极。
就活性炭的制作方式而言，无论是椰子壳活性炭还是咖啡渣活性炭，加工程序都差不多。静冈工业技术研究所采用了空气断路构造的电炉，通过把咖啡渣加热到℃以上的高温，去除咖啡渣内部除碳之外的物质，如氧、氢、氮等。接下来，把这种碳化物填充到温度为℃左右的管状炉内，然后让混入氮气的水蒸气通过炉内，此工艺叫作活化处理。在活化处理中，碳化物会进一步气化，进而形成细小的孔穴（微型孔）。咖啡渣活性炭表面积的增大就是这样实现的。活化处理完成后，原本直径为1mm左右的咖啡渣摇身一变，就成了几乎同等大小的活性炭。原本活性炭应该融合胶合剂和导电剂形成一种糊状物，涂敷于铝箔上，但是为了让糊状物更好地涂抹，活性炭粉末会被粉碎成直径约为10um左右的微小颗粒。
把活性炭糊状物均匀地涂敷到磨砂面铝箔上之后，一个EDLC电极就大功告成了。一个层压电池中要放置12枚电极。菊池圭祐表示：“我们已经和企业达成了合作关系，共同开发咖啡渣活性炭的制造设备。该活性炭的用途暂定为‘EDLC电极制造’。”不过，业界对咖啡渣活性炭的认知还不够充分，愿意使用咖啡渣活性炭电极的企业少之又少。尽管如此，菊池圭祐仍信念坚定地表示：“今后，我们还要推进技术开发，让咖啡渣活性炭的性能实现质的飞跃。”
杜仲种子：可用于高尔夫球制造的高弹性生物材料
众所知周，杜仲茶是一种零脂肪、零卡路里、零盐分的健康茶饮。杜仲茶是由一种名为“杜仲”的树上摘下来的叶子制成的。很少有人知道，杜仲树种除了可以用在饮料、食物和中药中外，也可以作为一种新型工业材料用于高尔夫球的开发之中。高尔夫用品制造商KASCO公司（总部位于日本香川县赞岐市）将这种材质的高尔夫球命名为“BIOSPIN”，并进行预售。
KASCO是首个在高尔夫球表面覆盖层采用植物原料的企业。高尔夫球外壳的主要成分是从杜仲种子获得的植物弹性体——“杜仲弹性体”，由日立造船开发。研发人员将“杜仲弹性体”作为高尔夫球外壳的主要成分，并向其中添加了不同添加物的材料。“杜仲弹性体”是新能源产业技术综合开发机构（NEDO）下的项目之一，由日立造船与大阪大学以及KASCO共同研发。保证供应源，提取杜仲弹性体其实，杜仲弹性体就是生物反式聚异戊二烯（生物TPI）。其平均分子量大于万，这种分子量在生物系聚合物中是比较罕见的。例如，常见的聚乳酸（PLA）分子量仅为10万～20万。分子量越大，分子链就越长，材料就越容易黏着在一起，材质的耐冲击性就越高。实际上，杜仲弹性体的夏比冲击值约为45kJ/㎡，比极限值为2kJ/㎡的PLA要大上25倍。
如果把杜仲的种子切割为二再用力拉开，就能看到被拉扯成白色线状物的生物TPI。将其提纯出来后，可以用作工业材料。虽然杜仲的叶子和树皮也含有生物TPI，但在开发时研发机构还是选择了含量最高的种子作为原材料。
生物系材料的课题之一，是如何保证稳定的原材料供应。为了解决问题，日立造船在中国河南省打造了占地约万平方米的自有农园。通过杂交繁育出了9万多株可以孕育出更多种子的杜仲树，这样一来，收获的种子更多，供应源更稳定。树木叶片就任其掉落，并没有用于熬制杜仲茶。
弹性体的制作方法如下：首先，中国分公司收集种子进行第一道加工。粉碎种子，切割成2～5mm大小的方块。之后，去除废渣向日本出口。接收方是日立造船的舞鹤工厂，进行的是精炼加工。具体步骤如下：首先，在有机溶剂中投入粗粉碎的种子；然后，生物TPI溶解在有机溶剂中，剩下的外皮就是废渣，如果用过滤器过滤，就可以慢慢去除废渣了；最后，只需保留有机溶剂。通过降低温度等方法，从该有机溶剂中析出生物TPI。通过以上的步骤提纯溶剂就可以得到弹性体了。
3D打印机用灯丝逐步实现了实用化杜仲弹性体也被应用到了3D打印机用丝极（线状的树脂材料）中。这款丝极是HOTTYPOLYMER公司（总部位于日本东京）研发的产品。该产品是一种添加材料（加固材料），不能单独使用。其中添加了杜仲弹性体总重量2%～5%的PLA材质，是一款耐冲击性丝极（即耐冲击性PLA丝极）PLA是生物塑料的代表之一，性质硬且脆。与之相对，杜仲弹性体柔软且具有弹性。因此，在杜仲弹性体内掺入PLA并使其在材料中均匀分散开，就能作为冲击能吸收材料使用，提高原有材料的耐冲击性。例如，添加杜仲弹性体总重量5%的PLA与单纯的PLA相比，抗冲击性（夏比冲击值）提高了1.5～2倍。因为材料还是同样的结构，所以材质的柔软性增加了，拉伸断裂伸长率也提高到了原来的8倍，更便于3D打印机制作更精细的造型品。因为材料不容易折断，所以即使不慎掉落也很难损坏。
杜仲弹性体具有疏水性，可以用作增稠材料混合在油中以提高油料粘度，而且对皮肤无刺激性，所以厂家可以充分利用杜仲弹性体的独特特征，将其添加到乳膏状的化妆品中。其他相关的开发也正在进行当中，目前尚处试制阶段。那么，日立造船为什么会想到用杜仲来提取、制作工业材料呢？
这要回到年，日立造船陷入严重经济危机的时刻。为了在艰难的环境中存活下来，日立造船启动了新事业，其中之一就是杜仲茶的制造和销售。到了20世纪90年代后半期，生物技术热潮显现端倪，日立造船也踏上了材料的研发之旅。日立造船在无意之中发现了类似橡胶成分的沉淀物。经过调查，杜仲茶叶中也确实含有橡胶成分。这就是生物TPI。从那时开始，这种材料的开发就一直延续到了现在。3年，日立造船通过企业事业重组把饮料杜仲茶的相关事业转让给了小林制药。