Statische Aufladung in der Kaffeemühle: was ein Tropfen Wasser tut

Wer an einem trockenen Wintermorgen Kaffee mahlt, kennt die Sauerei. Das Mahlgut klebt am Auslauf, springt an die Wand des Auffangbechers, und eine kleine Wolke Feinstaub landet auf der Arbeitsplatte statt im Siebträger. Die übliche Erklärung lautet, die Mühle sei zu billig. Die tatsächliche Erklärung ist Physik, und Forschende der University of Oregon haben eine Zahl dafür gefunden: Kaffeebohnen mahlen lädt die Partikel auf bis zu 120 nC pro Gramm auf.

Diese Messung erschien am 3. Januar 2024 in Matter. Es ist die erste Studie, die festhält, wie viel Ladung beim Mahlen entsteht und wovon sie abhängt, und die Antwort hat mit dem Motor oder dem Mahlwerk kaum etwas zu tun. Es geht um Wasser.

Woher die statische Aufladung beim Mahlen stammt

Sobald eine Bohne auf das Mahlwerk trifft, geschehen zwei Dinge gleichzeitig. Sie bricht, und die Bruchstücke reiben aneinander und am Metall. Beides verschiebt Elektronen, und das Phänomen trägt jenseits der Kaffeewelt einen eigenen Namen: Triboelektrifizierung, dieselbe Ladung, die einen im Januar an der Autotür erwischt. Die Gruppe aus Oregon fertigte einen Faraday-Becher passend für den Auslauf einer Mahlkonig EK43 und fing das Kaffeemehl im Fall auf.

Ein Rundungsfehler ist das nicht. Am oberen Ende trugen die Partikel 120 nC pro Gramm, genug, damit feine und grobe Teilchen auf dem Weg nach unten aneinander haften. Genau das tut eine Kaffeemühle, wenn das Mahlgut in Klümpchen herauskommt, und der Schaden endet nicht bei der Sauerei auf der Arbeitsplatte: durch Klumpenbildung sucht sich das Wasser Kanäle durch das Bett, statt es vollständig zu durchfeuchten.

Der Röstgrad entscheidet über das Vorzeichen

Nicht jeder Kaffee lädt sich gleich auf, und das Muster ist ordentlicher, als die Folklore vermuten lässt. Positive Ladung trat nur bei den hellsten Kaffees der Reihe auf, jenen mit einem Agtron-Farbwert über 70. Alles Dunklere lud sich negativ auf, und je dunkler die Röstung, desto größer der Betrag.

Die Farbe stand dabei für etwas anderes. Rösten treibt Wasser aus der Bohne, und das Vorzeichen der Ladung folgte dem inneren Feuchtegehalt genauer als der Farbe: der Umschlag geschah, sobald der Wassergehalt über etwa 2 Prozent der Masse stieg. Eine dunklere Röstung ist eine trockenere Bohne, und eine trockenere Bohne wehrt sich. Stimmt das Verhältnis von Kaffee und Wasser und schmeckt die Tasse trotzdem ungleichmäßig, kam das Mahlgut davor vielleicht in Klumpen an.

Was 20 Mikroliter Wasser bewirken

Der Behelf ist in Cafés seit Jahren verbreitet: die Bohnen anfeuchten, bevor sie in die Mühle wandern. Es gibt sogar einen Namen dafür, die Ross Droplet Technique, und die Arbeit ist erfrischend offen über die Herkunft, denn die liegt in einem Internetforum und nicht in einem Labor.

Das Wasser kam per Pipette auf die ganzen Bohnen, die danach in einem geschlossenen Behälter geschüttelt wurden, damit es sich verteilt. Sobald die Dosis 20 Mikroliter pro Gramm erreichte, fiel die Ladung auf rund 0 nC pro Gramm, bei jedem getesteten Kaffee, unabhängig von Röstung und Herkunft. Bei einer Dosis von 18 g ist das deutlich weniger als ein Milliliter. Das Team stellte auch mineralisiertes Wasser reinem Osmosewasser gegenüber und fand keinerlei Beitrag der Mineralien.

Ein zweiter Effekt kam ungesucht dazu. Mit Wasser blieb nahezu nichts im Gerät zurück, womit das alte Problem des Mahlgutrückstands gleich mit vom Tisch ist.

Der Espresso lief langsamer und kam stärker heraus

Ladung wird erst interessant, wenn sie in der Tasse ankommt. Jede Espressovariable lag auf einer Victoria Arduino Black Eagle fest: 18 g trockener Kaffee für 45 g in der Tasse, mit 196 N getampert, bei 94 Grad und 7 bar statischem Druck mit 2 Sekunden Vorbrühen gebrüht. Der einzige Unterschied zwischen den beiden Serien war, ob die Bohnen vor dem Durchlauf durch die Espressomühle angefeuchtet worden waren.

Die nass gemahlenen Shots liefen fast 50 Prozent länger. Die ersten Tropfen erreichten die Tasse in beiden Fällen nach etwa 10 Sekunden, verstopft war also nichts. Das Bett war schlicht dichter, weil feine und grobe Teilchen einander nicht mehr zu einem lockeren, porösen Kuchen auseinanderdrückten. Die Konzentration stieg von 8,2 Prozent gelöster Feststoffe beim trockenen Mahlen auf 8,9 Prozent beim nassen. Stärker ist nicht dasselbe wie besser, und die Studie tut auch nicht so.

Das Muster ist vertraut. Eine kleine Änderung am Anfang, eine große Änderung in der Zeit, und die Temperatur, die das Gerät tatsächlich erreicht, die daneben ihr eigenes Gespräch weiterführt.

Was beim nächsten Mahlen einen Versuch wert ist

Die Bohnen anfeuchten, niemals das Gerät. Ein eingerührter Tropfen oder ein leichter Sprühnebel ist der ganze Eingriff. Danach lohnt der Blick auf zwei Stellen: den Auslauf der Kaffeemühle und die Arbeitsplatte rund um den Auffangbecher. Sind die feinen Teilchen verschwunden, die dort sonst kleben, ist es die Ladung ebenfalls.

Der Shot wird danach langsamer laufen. Das ist das gemessene Ergebnis und kein Defekt, und die vernünftige Reaktion besteht darin, den Mahlgrad gröber zu stellen, statt einen Schaden anzunehmen. Beim Filter fällt der Effekt milder aus, weil ein Papierbett Dichte besser verzeiht als ein Siebträger. Kaffeebohnen mahlen an einem trockenen Tag zeigt den Unterschied zuerst, also ist das der Tag für den Versuch.

Was kommt eigentlich in die Mühle?

All das betrifft, wie gleichmäßig das Wasser den Kaffee erreicht, und nichts davon fügt der Tasse etwas hinzu, was die Bohne nicht schon hatte. Santo Café schreibt eines auf die Vorderseite der Packung, das hier zählt: 100% Arabica, immer frisch geröstet. Die Feuchtigkeit, die nach dem Rösten in einer Bohne bleibt, war in der gesamten Studie der stärkste Prädiktor der Ladung, und sie steht lange fest, bevor irgendetwas das Mahlwerk erreicht.