Forskere nedbryder udfordringerne ved genbrug af pizzaæsker, én skive ad gangen

Hver dag spiser omkring 43 millioner amerikanere mindst én skive pizza, ifølge eksperter. Den varme, osteagtige, italiensk-inspirerede ret bidrager med hele 47 milliarder dollars til den amerikanske økonomi hvert år, og omkring en tredjedel af disse tærter kommer leveret til deres destinationer i bølgepapkasser.

Selv uden de beholdere, der bruges til restaurantrester, er det mange pizzaæsker.

Desværre, ligesom mange andre slags madbeholdere, kan pizzaæsker ikke genbruges på grund af alle de forurenende stoffer, der er tilbage, såsom fedt og ost.

De forurenende stoffer, der er særlige for pizzaopbevaring, kaldes FOGs, som står for fedtstoffer, olier og fedtstoffer. TÅGER som jordnøddesmør i en krukke eller fedt på en pap pizzaæske er næsten umulige at fjerne helt.

Nu arbejder pizzaelskende forskere ved Idaho National Laboratory (INL) på at løse problemet med genbrug af pizzaæsker. En nylig undersøgelse viser, hvordan man dekontaminerer pap ved hjælp af materialeadskillelsesfunktioner. Forskningen er offentliggjort i Journal of Cleaner Production .

Undersøgelsen kunne ikke kun gøre en af ​​landets yndlingsfødevarer mere miljøvenlige, den kunne også redde livet for amerikanske soldater.

Indsatsen for at adskille fedt, ost og andre forurenende stoffer fra pizzakasser opstod i et forskningsprojekt, der er forbundet med Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) ReSource Program. ReSource blev designet til at forvandle krigskæmperaffald, inklusive almindelig plast, til spiselige makronæringsstoffer og andre nyttige ting. På slagmarken sætter hver levering til tropper personalet i fare, da forsyningsløb kan være lige så sårbare som frontlinjerne over for fjendens angreb. Disse risikable forsyninger kunne reduceres, hvis militærbaser kunne omdanne deres affald til brugbare ressourcer som brændstof.

"Materialadskillelse vil være vigtig for at reducere spild på tværs af energi- og forsvarsindustrien," sagde Aaron Wilson, hovedefterforsker for pizzaæske-eksperimentet. "For at gøre specifikke adskillelser mulige, skal vi først bevise det overordnede koncept for materielle adskillelser, hvilket er, hvad denne undersøgelse har opnået."

Så Wilson og hans team satte sig for at bevise et bredere separationskoncept for at muliggøre succes med warfighter-affaldsprojektet.

Tag osten ud af pappet:Pizzakasseeksperimentet

Wilson og hans team skabte et eksperimentelt system ved hjælp af dimethylether (DME), et miljøvenligt kemikalie, der bruges i køleprocesser, og en masse pizza. Systemet har to lodrette reaktorer i rustfrit stål - den ene til at fjerne væsker fra faste stoffer ved hjælp af et opløsningsmiddel og den anden til at fjerne opløsningsmidlet fra væskerne. En holdetank holder opløsningsmidlet adskilt, indtil eksperimentet begynder.

Holdet læsser genstande, de ønsker at rense (i dette tilfælde nedbrudte stykker af de forurenede papkasser) i den første reaktor, og tilføjer derefter opløsningsmidlet. Derefter blander de opløsningsmidlet med papkasserne for at udløse en kemisk reaktion, der trækker forureningen ud af pappet.

Når pappet er renset, drænes opløsningsmidlet til den nederste reaktor. Holdet anvender et vakuum for at suge DME-opløsningsmidlet fra reaktoren op gennem et rør og enten pumper det ind i en holdetank eller tilbage i den første cylinder for at rense mere materiale. På dette tidspunkt koncentreres FOG-forureningen, vand og salte som krystalliserede faste stoffer i bunden af ​​den anden reaktor. Tågene og den vandige fraktion adskilles fra disse faste stoffer og kan nemt opsamles.

"Med reaktorprocessen var vi i stand til at udtrække forureningen i separate fraktioner," sagde Wilson. "Vi havde en brøkdel domineret af olier, en domineret af vand og en domineret af tørstof."

Hvorfor DME-udvinding?

Denne ekstraktionsproces er en væsentlig forbedring i forhold til almindelige vandvaskemetoder. Som Wilson beskrev det, minder vandvask meget om at opbløde det affald, der skal renses i en opvaskemaskine og derefter tørre materialet til en høj energiomkostning. Denne behandlingsmetode resulterer i en stor mængde spildevand, generelt svarende til mængden af ​​det rensede materiale.

Spildevandet indeholder en forskelligartet blanding af forurenende stoffer. Genanvendelse af den mængde spildevand og genvinding af forurenende stoffer til bortskaffelse er så kompleks en proces, at der ikke findes nogen god mulighed.

I modsætning hertil opererer DME-udvindingsprocessen i et lukket kredsløb, der genbruger DME-løsningen til at rense nye affaldsgenstande. Processen kan skaleres til enhver størrelse.

Fra pizzamiddage til slagmarken:Hvad er det næste?

Succesen med casestudiet om rengøring af pizzaæsker kan muliggøre fremtidige projekter, der omdanner affald til genanvendelige materialer, herunder projektet om genanvendelse af militært affald.

"Ved at vide, at dette virker for de stærkt forurenede pizzaæsker, har det hjulpet med at validere systemet til brug på slagmarken," sagde Jeff Lacey, hovedefterforsker for DARPA-projektet. "Den største udfordring nu bliver at gøre systemet lettere."

Da det meste militærgods skal transporteres til udlandet og på tværs af ujævnt terræn, er et letvægtssystem afgørende. Lacey og hans team er begyndt at identificere komponenter, der kunne elimineres eller erstattes for at reducere reaktorsystemets vægt. Nogle af de tungeste komponenter var pumpen til DME-tanken og de to reaktorbeholdere.

Forskere vurderer lettere komponenter, herunder opløsningsmiddelgenvindingspumper, der typisk bruges i klimaanlæg, der vejer 25 pund sammenlignet med de 120 pund pumper, der blev brugt i de indledende eksperimenter. Laceys team udforsker også kulfibertrykbeholdere designet af et firma i Brigham City, Utah til brug af NASA, som reducerer reaktorbeholderens vægt fra 60 pund til 5 pund.

Opløsningsmiddelekstraktionsprocessen kan også vise sig nyttig til genbrug af batterier. Det kunne muliggøre mere effektiv bortskaffelse af batteriaffald ved at adskille de flydende mellemprodukter fra faste stoffer. I sidste ende bidrager projektet til den bæredygtige idé om en cirkulær økonomi, fordi alle de materialer, der bruges til at udvinde en mængde affald, kan genbruges i den næste affaldsudvindingsproces.

"INL startede med denne pizzaæske case study, fordi de fleste mennesker bekymrer sig om korrekt genbrug af madaffald," sagde Lacey. "Men i sidste ende har denne forskning så mange mulige anvendelser for national sikkerhed og en fremtid uden nul."

Flere oplysninger: Hyeonseok Lee et al., Klassebaserede separationer af blandede faststof-væske-systemer med kondenserbar opløsningsmiddelvask og ekstraktion:Dilemmaet ved genbrug af pizzaæsker, Journal of Cleaner Production (2023). DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139080

Leveret af Idaho National Laboratory