Wetenschap
Onderzoekers analyseren de uitdagingen op het gebied van het recyclen van pizzadozen, stuk voor stuk
Volgens deskundigen eten ongeveer 43 miljoen Amerikanen elke dag minstens één stuk pizza. Het hete, kaasachtige, Italiaans geïnspireerde gerecht draagt jaarlijks maar liefst 47 miljard dollar bij aan de Amerikaanse economie, en ongeveer een derde van die taarten wordt in golfkartonnen dozen op hun bestemming afgeleverd.
Zelfs zonder de bakjes voor restaurantresten zijn dat heel wat pizzadozen.
Helaas kunnen pizzadozen, net als veel andere soorten voedselcontainers, niet worden gerecycled vanwege alle verontreinigingen die achterblijven, zoals vet en kaas.
De verontreinigingen die specifiek zijn voor de opslag van pizza's worden FOG's genoemd, wat staat voor vetten, oliën en vetten. FOG's zoals pindakaas in een pot of vet op een kartonnen pizzadoos zijn vrijwel onmogelijk volledig te verwijderen.
Nu werken pizzaminnende onderzoekers van het Idaho National Laboratory (INL) aan het oplossen van het recyclingprobleem van pizzadozen. Uit een recent onderzoek blijkt hoe karton kan worden ontsmet met behulp van materiaalscheidingsmogelijkheden. Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Cleaner Production .
Het onderzoek zou niet alleen een van de favoriete voedingsmiddelen van het land milieuvriendelijker kunnen maken, het zou ook de levens van Amerikaanse soldaten kunnen redden.
De poging om vet, kaas en andere verontreinigingen uit pizzadozen te scheiden kwam voort uit een onderzoeksproject dat verband hield met het ReSource Program van het Defense Advanced Research Project Agency (DARPA). ReSource is ontworpen om afval van oorlogsstrijders, inclusief gewone kunststoffen, om te zetten in eetbare macronutriënten en andere nuttige items. Op het slagveld brengt elke levering aan troepen personeel in gevaar, aangezien bevoorradingsruns net zo kwetsbaar kunnen zijn als de frontlinies voor vijandelijke aanvallen. Deze risicovolle bevoorradingsruns zouden kunnen worden verminderd als militaire bases hun afval zouden kunnen omzetten in bruikbare hulpbronnen zoals brandstof.
"Materiaalscheiding zal belangrijk zijn voor het verminderen van afval in de energie- en defensie-industrie", zegt Aaron Wilson, de hoofdonderzoeker van het pizzadoosexperiment. "Om specifieke scheidingen mogelijk te maken, moeten we eerst het algemene concept van materiële scheidingen bewijzen, en dat is wat deze studie heeft bereikt."
Daarom wilden Wilson en zijn team een breder scheidingsconcept bewijzen om succes mogelijk te maken met het afvalproject van oorlogsjagers.
Haal de kaas uit het karton:het pizzadoosexperiment
Wilson en zijn team creëerden een experimenteel systeem met behulp van dimethylether (DME), een milieuvriendelijke chemische stof die wordt gebruikt in koelprocessen, en veel pizza. Het systeem beschikt over twee verticale roestvrijstalen reactoren:één om vloeistoffen uit vaste stoffen te verwijderen met behulp van een oplosmiddel en de andere om het oplosmiddel uit de vloeistoffen te verwijderen. Een opvangtank houdt het oplosmiddel gescheiden totdat het experiment begint.
Het team laadt de spullen die ze willen schoonmaken (in dit geval afgebroken stukken van de vervuilde kartonnen dozen) in de eerste reactor en voegt vervolgens het oplosmiddel toe. Vervolgens mengen ze het oplosmiddel met de kartonnen dozen, waardoor een chemische reactie ontstaat die de verontreinigingen uit het karton trekt.
Zodra het karton is gereinigd, wordt het oplosmiddel in de onderste reactor afgevoerd. Het team past een vacuüm toe om het DME-oplosmiddel uit de reactor door een buis te zuigen en pompt het in een opslagtank of terug in de eerste cilinder om meer materiaal te reinigen. Op dit punt worden de FOG-verontreinigingen, water en zouten geconcentreerd als gekristalliseerde vaste stoffen op de bodem van de tweede reactor. De FOG's en de waterige fractie scheiden zich af van deze vaste stoffen en kunnen gemakkelijk worden verzameld.
"Met het reactorproces konden we de verontreinigingen in afzonderlijke fracties extraheren", zei Wilson. "We hadden een fractie die werd gedomineerd door oliën, één die werd gedomineerd door water en één die werd gedomineerd door drogere vaste stoffen."
Waarom DME-extractie?
Dit extractieproces is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de gebruikelijke waterwasmethoden. Zoals Wilson het beschreef, lijkt het wassen met water sterk op het weken van het afval dat moet worden gereinigd in een vaatwasser en het vervolgens drogen van het materiaal tegen hoge energiekosten. Deze behandelingsstijl resulteert in een grote hoeveelheid afvalwater, doorgaans gelijk aan het volume van het gereinigde materiaal.
Het afvalwater bevat een gevarieerde mix van verontreinigingen. Het recyclen van die hoeveelheid afvalwater en het terugwinnen van de verontreinigende stoffen voor verwijdering is zo'n complex proces dat er geen goede optie bestaat.
Het DME-extractieproces werkt daarentegen in een gesloten lus die de DME-oplossing recycleert om nieuwe afvalitems te reinigen. Het proces kan op elke gewenste grootte worden geschaald.
Van pizzadiners tot het slagveld:wat nu?
Het succes van de casestudy voor het schoonmaken van pizzadozen zou toekomstige projecten mogelijk kunnen maken die afval omzetten in herbruikbare materialen, waaronder het project voor de herbestemming van militair afval.
"De wetenschap dat dit werkt voor de sterk vervuilde pizzadozen heeft geholpen het systeem te valideren voor gebruik op het slagveld", zegt Jeff Lacey, de hoofdonderzoeker van het DARPA-project. "De grootste uitdaging zal nu zijn om het systeem lichter te maken."
Omdat de meeste militaire vracht overzee en over ruw terrein moet worden vervoerd, is een lichtgewicht systeem van cruciaal belang. Lacey en zijn team zijn begonnen met het identificeren van componenten die kunnen worden geëlimineerd of vervangen om het gewicht van het reactorsysteem te verminderen. Enkele van de zwaarste onderdelen waren de pomp voor de DME-opslagtank en de twee reactorvaten.
Onderzoekers evalueren lichtere componenten, waaronder pompen voor het terugwinnen van oplosmiddelen die doorgaans worden gebruikt in airconditioners en die 25 pond wegen, vergeleken met de pompen van 120 pond die in de eerste experimenten werden gebruikt. Lacey's team onderzoekt ook drukvaten van koolstofvezel, ontworpen door een bedrijf uit Brigham City, Utah, voor gebruik door NASA, waardoor het gewicht van het reactorvat wordt teruggebracht van 60 pond naar 5 pond.
Het oplosmiddelextractieproces zou ook nuttig kunnen zijn voor het recyclen van batterijen. Het zou een efficiëntere verwijdering van batterijafval mogelijk kunnen maken door de vloeibare tussenproducten van vaste stoffen te scheiden. Uiteindelijk draagt het project bij aan het duurzame idee van een circulaire economie, omdat alle materialen die worden gebruikt om één volume afval te winnen, kunnen worden hergebruikt in het volgende afvalextractieproces.
"INL begon met deze casestudy voor pizzadozen omdat de meeste mensen het belangrijk vinden om voedselverspilling op de juiste manier te recyclen", zegt Lacey. "Maar uiteindelijk heeft dit onderzoek zoveel mogelijke toepassingen voor de nationale veiligheid en een netto-nultoekomst."