Forskerhold begynder at designe et letfordærveligt fødevaresmart emballagesystem til transport

Forskere fra Case Western Reserve University leder udviklingen af ​​et "smart emballage"-system til at overvåge temperatursvingninger, fugtændringer og patogener i letfordærvelige fødevarer under transport.

Deres energieffektive tilgang kan tilbyde en mere omkostningseffektiv forsyningskæde for distributører, besparelser for fødevareproducenter og fødevarer af højere kvalitet til forbrugerne.

"Hvis dette fungerer godt, er alle til gavn," sagde Chanyong (Chase) Cao, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik og elektrisk, computer- og systemteknik ved Case Western Reserve, som leder forskerholdet. "Omkring en tredjedel af al mad, der produceres til menneskeligt forbrug, går tabt eller går til spilde - omkring 1,3 milliarder tons mad hvert år. Vores løsning kan reducere fordærvelse betydeligt, reducere omkostningerne og sikre fødevaresikkerheden."

Holdets forskning blev for nylig offentliggjort online i tidsskriftet Nano Energy .

Selvdrevet overvågning

Et centralt træk ved deres system er en lille, selvdrevet overvågningsenhed, der består af fleksible sensorer og en energihøster, der bruger tørremidler - de små pakker af silicagel-pellets, der findes i emballagen til at absorbere fugt - til at udnytte og opbevare omgivende energi. I dette system genereres energien fra vibrationerne fra selve madleveringslastbilen.

Denne energi driver et overvågningssystem i realtid, der vil give fødevareproducenter og transportpersonale digitale data om temperatur, fugt og fordærvelsesforhold for den emballerede mad.

For at få dette til at ske, fandt Cao og hans team på, hvad de kalder en tørremiddelbaseret triboelektrisk nanogenerator (D-TENG) for at forlænge sensorsystemets serveringstid.

Triboelektriske nanogeneratorer er enhver energiopsamlingsanordning, der omdanner mekanisk energi - ofte mellem to objekter, der glider mod hinanden - til elektricitet.

Holdet designede en kartonbaseret bikageramme til at opbevare tørremiddelmaterialerne – nu også brugt til at skabe elektricitet, mens de hopper rundt inde i bikaget.

Cao sagde, at mens nogle moderne transportvirksomheder allerede bruger sensorer til at registrere temperatur, fugtighed og kuldioxid, er de traditionelle batterier, der kræves til at drive disse systemer, dyre, tunge og kan bidrage til miljøforurening. Mange af disse systemer giver ikke realtidsdata til at opdage fødevarefordærv, sagde Cao. Eksisterende små, bærbare systemer kan kun registrere miljøforhold inden for en meget begrænset periode.

Potentiel rækkevidde, næste trin

Holdets tilgang stemmer overens med Verdensbankens foreslåede løsninger på madspild, som omfatter bedre teknologi til at opbevare og holde letfordærvelige varer friske i forsyningskæden. Selvom Cao og hans team ikke har behandlet, hvordan man bedre kan afkøle letfordærvelig mad i transit i dette projekt, ville de tage fat på den første opgave med at identificere, hvornår og hvad der kan gå galt.

Holdet er nu ved at samle en fungerende prototype; Cao sagde, at han håber på at opskalere produktionen og begynde at markedsføre den i løbet af de næste fem år.

Cao og hans team fokuserer på at opdage og forhindre fødevarefordærvelse, men han mener, at teknologien også kan give fordele for forsendelse af vacciner. Systemet kunne give virksomheder og offentlige myndigheder nøjagtige realtidsoplysninger om temperaturen på disse kritiske forsendelser.

Flere oplysninger: Yaokun Pang et al., Mod selvdrevet integreret smart emballagesystem − Tørremiddelbaserede triboelektriske nanogeneratorer, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108659

Journaloplysninger: Nanoenergi

Leveret af Case Western Reserve University