Als Katrina Cornish in Kalifornien lebte, wunderte sie sich über die offenen Lastwagen, die sie große Mengen reifer Tomaten tragen sah. Warum, dachte sie, waren die Tomaten auf dem Boden nicht zu großen roten Pfützen zerdrückt?
Der Grund, so erfuhr sie später, war, dass die Tomaten gezüchtet wurden, um eine harte Schale zu haben, die es ihnen ermöglichte, das ganze Gewicht von oben zu tragen.
Dieses Wissen würde Cornish nach ihrem Umzug an die Ohio State University, wo sie als Forscherin für Biomaterialien arbeitet, zugute kommen. Kürzlich entdeckten sie und ihr Forschungsteam, dass nicht nur diese zähen Tomatenschalen, sondern auch die zerkleinerten Eierschalen den in Autoreifen verwendeten Füllstoff auf Erdölbasis wirksam ersetzen können.
"Was Sie in einem Füller wollen, ist etwas wirklich Hartes und Starkes", sagt sie. "Deshalb haben wir uns die Tomatenschalen angesehen."
Der Füllstoff der Wahl für Reifen und andere Gummiprodukte ist seit langem Ruß, ein pulverförmiges Kohlenstoffprodukt, das 30 Prozent der meisten Reifen ausmacht. In der Tat ist es der Grund, warum viele Gummiprodukte schwarz sind. Ruß hilft, den Gummi in Reifen haltbarer zu machen.
Das Angebot wird jedoch immer knapper, da die Nachfrage nach Autos in Entwicklungsländern rapide steigt. Gleichzeitig ist die Rußproduktion in den USA in den letzten Jahren zurückgegangen, als die EPA gegen Anlagen vorging, die übermäßige Mengen an Schwefeldioxid und Stickoxiden ausstoßen.
Dies hat dazu geführt, dass US-amerikanische Gummihersteller bei einem Produkt, das seit jeher Schwankungen des Weltölpreises unterworfen war, stärker von ausländischen Unternehmen abhängig sind.
Das Potenzial von Lebensmittelverschwendung
In der Lage zu sein, Lebensmittelabfälle zu verwenden, um die Menge an benötigtem Ruß zu reduzieren, könnte die Kosten senken. Es könnte auch Vorteile für die Umwelt bringen. "Ein Grund, warum dies so ein Vorteil ist, ist das gesamte Thema Nachhaltigkeit", sagt Cornish. „Ruß wird mit Erdöl hergestellt. Wenn Sie anfangen könnten, einen Teil dieses nicht nachhaltigen Materials durch nachhaltiges Material zu ersetzen, helfen Sie uns, Erdöl abzusetzen. “
Es gibt eindeutig keinen Mangel an Lebensmittelabfällen in Amerika. Amerikaner konsumieren mehr als 30 Pfund Tomaten pro Person und Jahr, laut dem Landwirtschaftsministerium, die meisten von ihnen in Dosen oder auf irgendeine Weise verarbeitet, wie zum Beispiel Soße auf Pizzas. Lebensmittelunternehmen schälen und entsorgen die harte Haut. Und jeder Amerikaner konsumiert im Durchschnitt fast 270 Eier pro Jahr, so dass sich die Gesamtmenge im Land auf etwa 86 Milliarden beläuft. Ungefähr 40 Prozent dieser Eier werden von Lebensmittelunternehmen verwendet, die Tonnen gerissener Muscheln auf Mülldeponien transportieren. Dort sitzen sie lange, weil sie nicht so leicht zusammenbrechen.
„Wir dachten, dass die Verwendung von Eierschalen als Füllstoff ein besseres Schicksal wäre, als auf der Mülldeponie zu landen“, sagt Cornish. "Und ich war sehr angenehm überrascht, als sich herausstellte, dass sie ein sehr wirksamer Verstärkerfüllstoff und kein Verdünnungsfüllstoff sind."
Getrocknete und gemahlene Tomatenschalen (oben) und Eierschalen (unten) werden vor der Zugabe zu Gummi zu grobem, mittlerem und feinem Pulver verarbeitet. (Kenneth Chamberlain, mit freundlicher Genehmigung der Ohio State University) Wie Cornish es erklärt, ist ein Füllstoff für Verdünnungsmittel ein Füllstoff, der einen Verbundstoff umso schwächer und steifer machen kann, je mehr er einem Produkt zugesetzt wird. Es reduziert die Kosten, verringert aber auch die Qualität. Im Gegensatz dazu erhöht ein verstärkender Füllstoff die Festigkeit des Produkts, kann jedoch auch seine Elastizität verringern.
„Mit einigen dieser neuen Füllstoffe, den Eierschalen und Tomatenschalen, können wir in Kombination mit Ruß die Festigkeit erhöhen, aber nicht die Härte oder den Elastizitätsverlust“, sagt sie.
Mit anderen Worten, es wurde festgestellt, dass Füllstoffe für Lebensmittelabfälle Gummi festigen und gleichzeitig flexibel halten.
Nachhaltige Alternativen
Bisher hat das Ohio State Team erfolgreich Eierschalen oder Tomatenschalen in Kombination mit Ruß getestet, wodurch die Menge des herkömmlichen Füllstoffs reduziert wurde, ohne ihn zu ersetzen. Die Forscher haben die beiden Speisereste noch nicht zu einem Füllstoff zusammengefügt. Sie arbeiten daran, herauszufinden, wie die Kombination der beiden Eigenschaften - mit und ohne Ruß - die einzigartigen mechanischen Eigenschaften verändern kann, die jeder einzelne für die Leistung des Gummis mit sich bringt. Das Ziel wäre letztendlich, „Rezepte“ für verschiedene Kombinationen zu erstellen, um Ergebnisse zu erzielen, die den Anforderungen eines Herstellers am besten entsprechen.
„Wir haben bereits gezeigt, dass Sie verschiedene Eigenschaftskombinationen erzielen können, wenn Sie sie nur mit Ruß verwenden, mehr als Ruß allein. Wir sind der Meinung, dass wir möglicherweise noch weiter gehen können, indem wir beide auf intelligente, vorausschauende Weise zusammenfügen “, sagt Cornish.
Katrina Cornish (links) und Cindy Barrera (rechts) untersuchen gemahlene Tomatenschalen und Eierschalen sowie Gummiproben. (Kenneth Chamberlain, mit freundlicher Genehmigung der Ohio State University) Sie stellt fest, dass die Forscher ein Stipendium von Ford erhalten haben, um an einem Projekt mit zerkleinerten Eierschalen in Gummiteilen zu arbeiten, und dass ein anderer Gummihersteller Interesse an der Arbeit mit Tomatenschalenfüller bekundet hat.
Die Forscher haben vom US-Patent- und Markenamt Feedback zu ihrer Patentanmeldung für Bioabfall-Kautschuk-Verbundwerkstoffe erhalten, und Cornish gibt an, dass sie in Kürze erneut eingereicht werden. Die Technologie wurde an ein in Cornwall ansässiges Unternehmen namens EnergyEne lizenziert.
Für Cornish ist es nichts Neues, natürliche Alternativen für die Herstellung von Produkten zu finden. Sie beaufsichtigt auch ein Projekt, um festzustellen, ob eine in Kasachstan beheimatete Löwenzahnsorte als Gummiquelle verwendet werden kann. Etwa 10 bis 15 Prozent der Wurzeln der Pflanze bestehen aus Naturkautschuk.
Ein Schlüssel für sie, sagt sie, ist es, die Augen offen für die Möglichkeiten der natürlichen Welt zu halten.
„Ich habe einen sehr breiten Hintergrund und bin sehr an einer nachhaltigen Wirtschaft interessiert. In Ohio ist die Landwirtschaft ein riesiger Wirtschaftszweig, die Lebensmittelverarbeitung ein riesiger Wirtschaftszweig “, stellt sie fest. „Ich wollte mir ansehen, was ich als Non-Food-Wissenschaftler im Zusammenhang mit der Lebensmittelindustrie tun kann. Sie haben alle große Verschwendung. Abfall kostet viel Geld. Abfälle gelangen in die Deponie. Also bewerteten wir, was die Abfälle sind und was wir damit anfangen könnten.
„Und es hat sich als spektakulär erfolgreiches Projekt herausgestellt. Ich möchte nicht, dass das bevormundend klingt, aber die meisten Leute schauen sich nicht um und sehen wirklich, was da draußen ist. “
