Kiedy mieszkała w Kalifornii, Katrina Cornish zaczęła się zastanawiać nad otwartymi ciężarówkami, które widziała, niosąc duże ilości dojrzałych pomidorów. Pomyślała, że pomidory na dole nie zostały zmiażdżone w duże czerwone kałuże.
Później dowie się, że powodem jest to, że pomidory zostały wyhodowane tak, aby miały twarde skórki, które pozwoliły im wytrzymać cały ciężar z góry.
Ta odrobina wiedzy przydałaby się dobrze w Kornwalii po tym, jak przeprowadziła się na Ohio State University, gdzie jest badaczem biomateriałów. Ostatnio ona i jej zespół badawczy odkryli, że nie tylko te twarde skórki pomidorów, ale także pokruszone skorupki jaja mogą być skutecznym zamiennikiem wypełniacza na bazie ropy naftowej stosowanego w oponach samochodowych.
„To, czego chcesz w wypełniaczu, to coś naprawdę twardego i mocnego” - mówi. „Właśnie dlatego spojrzeliśmy na skórki pomidorów”.
Wypełniaczem z wyboru w oponach i innych produktach gumowych od dawna jest coś, co nazywa się sadzą, proszkowym produktem węglowym, który stanowi 30 procent większości opon. W rzeczywistości wiele produktów gumowych jest czarnych. Sadza pomaga zwiększyć trwałość gumy w oponach.
Jednak podaż jest coraz mniejsza, ponieważ popyt na samochody szybko rośnie w krajach rozwijających się. Jednocześnie produkcja sadzy w USA spadła w ostatnich latach, gdy EPA rozpadła się na rośliny emitujące nadmierne ilości dwutlenku siarki i tlenku azotu.
To spowodowało, że amerykańscy producenci gumy byli bardziej zależni od zagranicznych firm od produktu, który zawsze był podatny na wahania światowych cen ropy.
Potencjał marnotrawienia żywności
Tak więc możliwość wykorzystania odpadów żywnościowych do zmniejszenia potrzebnej ilości sadzy może obniżyć koszty. Może także przynieść korzyści środowiskowe. „Jednym z powodów, dla których są to takie atuty, jest cała kwestia zrównoważonego rozwoju” - mówi Cornish. „Sadza produkowana jest z ropy naftowej. Jeśli możesz zacząć zastępować część tego niezrównoważonego materiału ekologicznym materiałem, to pomagasz nam odstawić ropę naftową. ”
Wyraźnie nie brakuje marnotrawstwa żywności w Ameryce. Według Departamentu Rolnictwa Amerykanie spożywają ponad 30 funtów pomidorów na osobę rocznie, większość z nich w puszkach lub w pewien sposób przetworzona, np. Sos do pizzy. Firmy spożywcze obierają i odrzucają twardą skórę. I każdy Amerykanin spożywa średnio blisko 270 jaj rocznie, co daje łączną sumę w kraju do około 86 miliardów. Około 40 procent tych jaj jest zużywanych przez firmy spożywcze, które ostatecznie wysyłają tony pękniętych skorup na wysypiska śmieci. Tam siedzą przez długi czas, ponieważ nie rozkładają się bardzo łatwo.
„Pomyśleliśmy, że użycie skorupek jaj jako wypełniacza byłoby lepszym przeznaczeniem niż trafienie na wysypisko śmieci” - mówi Cornish. „Byłem bardzo mile zaskoczony, gdy okazało się, że są one bardzo skutecznym wypełniaczem wzmacniającym, a nie wypełniaczem rozcieńczalnikowym”.
Suszone i mielone skórki pomidorów (u góry) i skorupki jaja (u dołu) są przetwarzane na gruby, średni i drobny proszek przed dodaniem do gumy. (Kenneth Chamberlain, dzięki uprzejmości Ohio State University) Jak wyjaśnia Cornish, wypełniacz rozcieńczalnikowy może osłabiać i usztywniać materiał kompozytowy, im bardziej jest dodawany do produktu. Zmniejsza to koszty, ale także obniża jakość. Z kolei wypełniacz wzmacniający zwiększa wytrzymałość produktu, chociaż może również zmniejszać jego elastyczność.
„Ale dzięki niektórym z tych nowych wypełniaczy, skorupek jaj i skórki pomidorów, w połączeniu z sadzą, jesteśmy w stanie uzyskać wzrost siły, ale nie wzrost twardości ani utraty elastyczności”, mówi.
Innymi słowy, stwierdzono, że wypełniacze odpadów żywności wzmacniają gumę, jednocześnie zachowując jej elastyczność.
Zrównoważone alternatywy
Do tej pory zespół z Ohio State testował z powodzeniem skorupki jaja lub skórki pomidorowe w połączeniu z sadzą, zmniejszając ilość tradycyjnego wypełniacza bez jego wymiany. Naukowcy nie połączyli jeszcze dwóch odpadów żywnościowych w wypełniaczu. Pracują nad określeniem, w jaki sposób połączenie tych dwóch składników - z sadzą lub bez - może zmienić unikalne właściwości mechaniczne, z których każda oddzielnie wpływa na wydajność gumy. Ostatecznie celem byłoby stworzenie „przepisów” dla różnych kombinacji, aby uzyskać wyniki, które najlepiej pasują do potrzeb producenta.
„Pokazaliśmy już, że można uzyskać różne kombinacje właściwości, stosując je tylko z sadzą, więcej niż sama sadza może zrobić. Uważamy, że możemy posunąć się jeszcze dalej, łącząc te dwa elementy w sposób przewidujący inteligentny projekt ”, mówi Cornish.
Katrina Cornish (po lewej) i Cindy Barrera (po prawej) badają zmielone skórki pomidorów i skorupki jaja, a także próbki gumy. (Kenneth Chamberlain, dzięki uprzejmości Ohio State University) Zauważa, że naukowcy otrzymali od Forda grant na pracę nad projektem z wykorzystaniem pokruszonych skorupek jaj w częściach gumowych oraz że inny producent gumy wyraził zainteresowanie pracą z wypełniaczem ze skórki pomidora.
Naukowcy otrzymali informacje zwrotne na temat swojego wniosku patentowego dotyczącego bioodpadów kompozytów gumowych z amerykańskiego Urzędu Patentowego i Znaków Towarowych, a Cornish twierdzi, że wkrótce zostanie ponownie złożony. Technologia została licencjonowana przez firmę Cornish, o nazwie EnergyEne.
Znalezienie naturalnych alternatyw dla produkcji produktów to nic nowego dla Cornish. Nadzoruje także projekt mający na celu ustalenie, czy odmiany mniszka pochodzącego z Kazachstanu można wykorzystać jako źródło gumy. Około 10 do 15 procent korzeni rośliny to kauczuk naturalny.
Mówi, że kluczem do niej jest mieć oczy otwarte na możliwości świata przyrody.
„Pochodzę z bardzo szerokiego środowiska i bardzo interesuje mnie zrównoważona gospodarka. W Ohio rolnictwo to ogromny przemysł, przetwórstwo spożywcze to ogromny przemysł ”- zauważa. „Chciałem spojrzeć na to, co mogę zrobić jako naukowiec niespożywczy związany z przemysłem spożywczym. Wszyscy mają poważne straty. Odpady kosztują dużo pieniędzy. Odpady trafiają na wysypisko śmieci. Oceniliśmy więc, czym są marnotrawstwa i co możemy z nimi zrobić.
„Okazało się, że jest to spektakularnie udany projekt. Nie chcę, żeby to zabrzmiało protekcjonalnie, ale większość ludzi nie rozgląda się wokół i nie widzi, co tam jest. ”
