Không phải dòng thải nào cũng là phụ phẩm có thể quay lại quy trình
Trong sản xuất cà phê hòa tan, một dòng vật chất rời khỏi công đoạn chính không mặc nhiên là chất thải. Nó có thể là nước, dịch loãng, phần rắn sau trích ly, bùn từ hệ thống xử lý, khí mang theo hơi ẩm hoặc một dòng trung gian không còn phù hợp với vị trí ban đầu nhưng vẫn chứa vật chất có giá trị. Vấn đề của tái sử dụng vì thế không bắt đầu bằng câu hỏi “có thể dùng lại không”, mà bằng việc xác định chính xác dòng đó là gì, chứa gì và đang ở trạng thái nào.
Điểm này đặc biệt quan trọng với cà phê hòa tan vì quá trình có nhiều công đoạn nối tiếp: nguyên liệu được chuẩn bị, trích ly, làm sạch hoặc điều chỉnh dịch, cô đặc, sấy và thu hồi sản phẩm. Một thay đổi ở dòng nước hoặc dịch trung gian có thể kéo theo thay đổi về nồng độ chất hòa tan, tải nhiệt, độ nhớt, khả năng truyền khối hoặc tải lượng chất hữu cơ của công đoạn phía sau. Do đó, “tái sử dụng” phải được xem như một thay đổi công nghệ có kiểm soát, chứ không chỉ là một biện pháp giảm lượng thải.
Một cách tiếp cận hữu ích là phân loại dòng theo ba tiêu chí: còn giá trị vật chất hay không, có phù hợp với yêu cầu chất lượng của công đoạn nhận hay không, và chi phí kiểm soát để đưa dòng đó trở lại là bao nhiêu. Dòng nước tương đối sạch có thể được xem xét khác hoàn toàn so với dịch cà phê có hàm lượng chất hòa tan cao hoặc phụ phẩm rắn sau trích ly. Cùng là “nước” nhưng nguồn gốc, thành phần và lịch sử sử dụng quyết định nó có thể đi đâu tiếp theo.
Tái sử dụng trong nội bộ quy trình thường là bài toán dễ bắt đầu nhất
Một hướng có giá trị là đưa dòng vật chất trở lại chính dây chuyền, nhưng ở vị trí phù hợp hơn. Nước thu hồi từ một công đoạn có thể được xem xét cho mục đích không yêu cầu chất lượng cao như nước nguyên liệu chính. Trong một nghiên cứu về nhà máy cà phê hòa tan, việc thu hồi nước từ một dòng nước thải trung gian bằng công nghệ màng cho thấy khả năng tạo lợi ích cả về môi trường lẫn kinh tế. Kết quả này gợi ý một nguyên tắc quan trọng: không nhất thiết phải xử lý toàn bộ dòng thải đến cùng một mức độ; nên tìm điểm mà chất lượng sau xử lý vừa đủ cho mục đích sử dụng tiếp theo.
Với các dòng dịch chứa chất hòa tan, việc quay vòng phải thận trọng hơn. Mỗi lần tái sử dụng có thể làm tích lũy một số chất không mong muốn nếu chúng không bị loại khỏi hệ thống. Khi đó, lợi ích tiết kiệm nước hoặc nguyên liệu có thể đi kèm rủi ro về màu, mùi, vị, độ ổn định hoặc tải lượng xử lý. Một dòng chỉ nên được đưa trở lại khi đã xác định được giới hạn thành phần và điểm đưa vào.
Phụ phẩm rắn sau trích ly là trường hợp khác. Phần vật chất này vẫn có thể chứa polysaccharide, lipid, hợp chất phenolic và các thành phần hữu cơ khác, nên đã có nhiều nghiên cứu xem bã cà phê như nguyên liệu cho các quy trình thu hồi giá trị. Các hướng được nghiên cứu gồm chiết xuất, sản xuất năng lượng, khí sinh học, vật liệu và các sản phẩm có giá trị gia tăng.
Tuy nhiên, thu hồi giá trị không đồng nghĩa với việc đưa phụ phẩm trở lại sản phẩm cà phê. Trong nhiều trường hợp, tách phụ phẩm ra khỏi dây chuyền thực phẩm rồi chuyển sang một chuỗi giá trị khác lại hợp lý hơn. Cách làm này tránh đưa thêm biến động vào sản phẩm chính, đồng thời cho phép thiết kế quy trình xử lý phụ phẩm theo mục tiêu riêng.
Muốn tái sử dụng phải kiểm soát thành phần, tải lượng và điểm đưa vào
Một chương trình tái sử dụng tốt cần bắt đầu từ dữ liệu của từng dòng. Ít nhất phải biết lưu lượng hoặc khối lượng, hàm lượng chất rắn, nước, nhiệt độ và những chỉ tiêu hóa học hoặc vi sinh có ý nghĩa đối với mục đích sử dụng. Với dòng có khả năng quay lại khu vực sản phẩm, yêu cầu kiểm soát phải chặt hơn so với dòng chỉ dùng cho mục đích phụ trợ.
Cần đặc biệt chú ý đến hiện tượng tích lũy. Nếu một chất đi vào dòng tuần hoàn nhưng không có cơ chế loại bỏ, nồng độ của nó có thể tăng qua nhiều vòng. Điều này có thể xảy ra với khoáng chất, chất hữu cơ khó phân hủy hoặc những thành phần không được theo dõi ngay từ đầu. Vì vậy, sơ đồ tái sử dụng phải có điểm xả có chủ đích, chứ không nên giả định rằng một hệ thống kín hoàn toàn luôn tốt hơn.
Một chỉ tiêu khác là tải lượng. Hai dòng có cùng nồng độ nhưng lưu lượng khác nhau sẽ tạo ra lượng vật chất cần xử lý rất khác nhau. Khi đánh giá phương án thu hồi, nên chuyển từ cách nhìn “nồng độ bao nhiêu” sang “mỗi ngày có bao nhiêu kilôgam chất đi qua dòng này”. Khi đó mới có thể so sánh chi phí bơm, lọc, màng, cô đặc, xử lý nhiệt hoặc vận chuyển với lượng vật chất thực sự được thu hồi.
Điểm đưa dòng thu hồi trở lại cũng quan trọng không kém bản thân công nghệ thu hồi. Đưa một dòng có độ tinh khiết không đủ vào trước công đoạn nhạy cảm có thể làm hỏng cả dây chuyền. Ngược lại, nếu đưa vào một vị trí có khả năng hấp thụ biến động tốt hơn, cùng một dòng có thể trở thành nguồn tài nguyên hữu ích. Vì thế, thiết kế tái sử dụng phải gắn với sơ đồ vật chất của toàn nhà máy.
Đánh giá phương án bằng hiệu quả ròng, không chỉ bằng lượng chất thải giảm
Một phương án tái sử dụng chỉ thực sự có giá trị khi lợi ích thu được lớn hơn phần tài nguyên và kiểm soát phải bỏ thêm. Nếu thu hồi một dòng nước nhưng phải tiêu tốn quá nhiều điện, hóa chất và nhiệt, lợi ích môi trường có thể giảm đáng kể. Tương tự, một phụ phẩm có giá trị hóa học cao chưa chắc là nguyên liệu tốt nếu phải sấy và vận chuyển một khối lượng nước lớn trước khi sử dụng.
Do đó, đánh giá nên đồng thời xem xét ít nhất bốn lớp: lượng vật chất thu hồi, chất lượng của dòng sau thu hồi, năng lượng và chi phí cần thiết, và tác động lên chất lượng sản phẩm chính. Với phụ phẩm rắn, có thể cân nhắc mô hình liên kết với một quy trình khác thay vì cố ép nó quay lại dây chuyền cà phê.
Các nghiên cứu về kinh tế tuần hoàn đối với bã cà phê cho thấy chính việc ghép nhiều dòng nguyên liệu và sản phẩm có thể mở ra những phương án mà cách quản lý chất thải truyền thống không nhìn thấy. Một phân tích tích hợp về nhà máy cà phê hòa tan đã xem xét đồng thời chi phí, năng lượng và nhiều sản phẩm đầu ra để tìm cấu hình có lợi hơn.
Vì vậy, mục tiêu cuối cùng không phải là làm cho dây chuyền “không có chất thải” trên giấy. Mục tiêu thực tế hơn là biết mỗi dòng vật chất đang đi đâu, tại sao nó phải đi theo hướng đó, và trong điều kiện nào việc thu hồi hoặc tái sử dụng tạo ra giá trị ròng mà vẫn giữ được kiểm soát chất lượng.
Tài liệu tham khảo
- Martín, M. et al. (2021). Integrated Design of Biorefineries Based on Spent Coffee Grounds. Industrial & Engineering Chemistry Research. DOI: 10.1021/acs.iecr.0c05246.
- Wiśniewski, C. M. et al. (2020). Environmental and process assessment of a vibratory nanofiltration system for the recovery of water from soluble coffee manufacturing waste. Environmental Progress & Sustainable Energy. DOI: 10.1002/ep.13425.
- Sustainability (2026). Sustainable Valorization of Spent Coffee Grounds Within the Circular Economy: Innovative Applications in Food, Agriculture, Environmental, and Industrial Sectors. DOI: 10.3390/su18084127.
Not every waste stream is a reusable by-product
In instant-coffee production, a material stream leaving the main process isn't automatically waste. It could be water, dilute liquid, solid residue after extraction, sludge from a treatment system, or an intermediate stream no longer suited to its original purpose. Whether it can be reused depends on composition, purity, and the cost of controlling it.
This matters especially for instant coffee because the process has many sequential stages: raw material is prepared, extracted, the liquid is clarified or adjusted, concentrated, dried, and product is recovered. A change in a water or intermediate-liquid stream can carry through several subsequent stages, so a reuse decision needs to be assessed within the whole chain, not just at a single point.
A useful approach is classifying streams by three criteria: whether they still hold material value, whether they meet the quality requirements of the receiving stage, and how much control cost is needed to bring that stream back into use. A relatively clean water stream may be reusable for a lower-quality-requirement purpose without much treatment, while a solute-containing stream needs a more cautious approach.
Reuse within the process is usually the easiest place to start
A valuable direction is returning material streams to the same line, but at a more suitable position. Water recovered from one stage can be considered for a purpose not requiring the same quality as primary process water. In a study on a coffee plant's water-recovery system using vibratory nanofiltration, recovered water was assessed for its ability to be reused within the facility.
For streams containing dissolved solutes, recycling needs more caution. Each reuse cycle can accumulate certain undesired substances if they aren't removed from the system. In that case, the benefit of saving water or raw material can come with a risk of quality drift if not properly monitored.
Solid by-product after extraction is a different case. This material can still contain polysaccharides, lipids, phenolic compounds, and other organic components, so many studies have looked at spent coffee grounds as raw material for value-recovery processes. Potential benefits range from energy recovery to extracting specific compounds.
However, value recovery doesn't mean bringing the by-product back into the coffee product. In many cases, separating the by-product from the food line and moving it into a different value chain makes more sense. This approach avoids introducing additional variability into the main product.
Reuse requires controlling composition, load, and the point of introduction
A good reuse program needs to start with data for each stream. At minimum, you need to know flow rate or mass, solids content, water, temperature, and any chemical or microbiological indicators relevant to the intended use. For streams with potential for recirculation, tracking needs to happen over multiple cycles, not just a single measurement.
Particular attention is needed for accumulation. If a substance enters a recirculating stream without a removal mechanism, its concentration can rise over many cycles. This can happen with minerals, hard-to-degrade organic matter, or components not fully removed at previous stages.
Another criterion is load. Two streams with the same concentration but different flow rates create very different amounts of material needing treatment. When assessing a recovery option, it's worth shifting from “what concentration” to “how many kilograms of substance need handling per day.”
The point where a recovered stream is reintroduced matters just as much as the recovery technology itself. Introducing an insufficiently pure stream before a sensitive stage can damage the whole line. Conversely, introducing it at a position with good ability to absorb variation can turn the same stream into a genuine benefit rather than a new risk.
Assess options by net effectiveness, not just by reduced waste volume
A reuse option only truly has value when the benefit gained exceeds the additional resources and control needed. If recovering a water stream requires too much electricity, chemicals, and heat, the environmental benefit can decrease significantly. Similarly, if a by-product needs extensive pretreatment before it can be used elsewhere, that cost needs weighing against the value gained.
Assessment should therefore consider at least four layers simultaneously: the amount of material recovered, the quality of the stream after recovery, the energy and cost required, and the impact on the main product's quality. For solid by-products, a model linked to a separate value chain may be worth considering rather than trying to force reintegration into the food line.
Research on the circular economy for spent coffee grounds shows that linking multiple raw-material and product streams together can open up options traditional waste management wouldn't reveal. An integrated analysis of an instant-coffee plant has shown material and energy streams can be examined together to find improvement opportunities beyond looking at each piece of equipment in isolation.
So the final goal isn't making the line “zero waste” on paper. A more realistic goal is knowing where each material stream is going, why it has to go that way, and under what conditions recovery or reuse actually creates value.
References
- Martín, M. et al. (2021). Integrated Design of Biorefineries Based on Spent Coffee Grounds. Industrial & Engineering Chemistry Research. DOI: 10.1021/acs.iecr.0c05246.
- Wiśniewski, C. M. et al. (2020). Environmental and process assessment of a vibratory nanofiltration system for the recovery of water from soluble coffee manufacturing waste. Environmental Progress & Sustainable Energy. DOI: 10.1002/ep.13425.
- Sustainability (2026). Sustainable Valorization of Spent Coffee Grounds Within the Circular Economy: Innovative Applications in Food, Agriculture, Environmental, and Industrial Sectors. DOI: 10.3390/su18084127.