Когда она жила в Калифорнии, Катрина Корниш задалась вопросом о тех открытых грузовиках, которые она видела, перевозящих большие грузы спелых помидоров. Почему, подумала она, помидоры на дне не раздавлены большими красными лужами.
Позже она узнает, что причина в том, что у помидоров была жесткая кожура, которая позволяла им выдерживать весь этот вес сверху.
Эти знания станут полезными для корниш после того, как она переехала в Университет штата Огайо, где она является исследователем биоматериалов. Недавно она и ее исследовательская группа обнаружили, что не только эти жесткие кожуры томатов, но и измельченные яичные скорлупы могут быть эффективной заменой наполнителя на нефтяной основе, используемого в автомобильных шинах.
«То, что вы хотите в наполнителе, является чем-то действительно жестким и сильным», - говорит она. «Вот почему мы посмотрели на томатную кожуру».
В качестве наполнителя для шин и других резиновых изделий долгое время назывался технический углерод - порошкообразный углеродный продукт, который составляет 30 процентов большинства шин. Фактически, по этой причине многие резиновые изделия являются черными. Углеродная сажа помогает сделать резину в шинах более долговечной.
Но его становится все меньше, поскольку спрос на автомобили в развивающихся странах быстро растет. В то же время, производство сажи в США в последние годы сократилось, так как EPA приняло меры против растений, выбрасывающих чрезмерное количество диоксида серы и оксида азота.
Это сделало производителей каучука в США более зависимыми от зарубежных компаний в отношении продукта, который всегда был подвержен колебаниям мировых цен на нефть.
Потенциал пищевых отходов
Таким образом, возможность использовать пищевые отходы для уменьшения необходимого количества сажи может снизить затраты. Это также может принести экологические выгоды. «Одной из причин, по которой они являются такими активами, является весь вопрос устойчивости», - говорит Корниш. «Технический углерод производится с использованием нефти. Если бы вы могли начать заменять некоторые из этих неустойчивых материалов устойчивыми материалами, то вы помогаете отучить нас от нефти ».
Там явно нет недостатка пищевых отходов в Америке. Американцы потребляют более 30 фунтов помидоров на человека в год, по данным Министерства сельского хозяйства, большинство из них консервируются или обрабатываются каким-либо образом, например, соусом для пиццы. Продовольственные компании очищают и отбрасывают жесткую кожу. И каждый американец потребляет в среднем около 270 яиц в год, а общее количество в стране составляет около 86 миллиардов. Примерно 40 процентов этих яиц используются пищевыми компаниями, которые в конечном итоге отправляют тонны треснувших скорлуп на свалки. Там они долго сидят, потому что не очень легко ломаются.
«Мы думали, что использование яичной скорлупы в качестве наполнителя будет лучшей судьбой, чем попадание на свалку», - говорит Корниш. «И я был очень приятно удивлен, когда выяснилось, что они являются очень эффективным усиливающим наполнителем, а не разбавителем».
Сушеные и молотые томатные кожуры (вверху) и яичные скорлупы (внизу) перед добавлением в каучук обрабатывают в грубый, средний и мелкий порошок. (Кеннет Чемберлен, предоставлено Университетом штата Огайо) Как объясняет Корниш, наполнитель-разбавитель может сделать композит слабее и жестче, чем больше его добавляют в продукт. Это снижает стоимость, но также снижает качество. Напротив, усиливающий наполнитель увеличивает прочность продукта, хотя он также может снизить его эластичность.
«Но с некоторыми из этих новых наполнителей, яичной скорлупы и кожуры томатов, при использовании в сочетании с сажей, мы можем добиться увеличения прочности, но не увеличения твердости или потери эластичности», - говорит она.
Другими словами, было обнаружено, что наполнители пищевых отходов укрепляют резину, сохраняя ее эластичность.
Устойчивые альтернативы
До сих пор команда штата Огайо успешно провела испытания яичной скорлупы или кожуры томатов в сочетании с сажей, что позволило сократить количество традиционного наполнителя без его замены. Исследователи еще не объединили две пищевые отходы вместе в наполнитель. Они работают над тем, чтобы определить, как сочетание этих двух свойств - с сажей и без нее - может изменить уникальные механические свойства, каждое из которых в отдельности приводит к характеристикам резины. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы создать «рецепты» для различных комбинаций, чтобы получить результаты, которые наилучшим образом соответствуют потребностям производителя.
«Мы уже показали, что вы можете получить различные комбинации свойств, просто используя их с сажей, больше, чем сама сажа может сделать. Мы чувствуем, что могли бы пойти еще дальше, соединив их в интеллектуальном прогнозирующем стиле », - говорит Корниш.
Катрина Корниш (слева) и Синди Баррера (справа) осматривают измельченные кожуры томатов и яичной скорлупы, а также образцы каучука. (Кеннет Чемберлен, предоставлено Университетом штата Огайо) Она отмечает, что исследователи получили грант от Ford для работы над проектом, использующим измельченные яичные скорлупы в резиновых деталях, и что другой производитель резины проявил интерес к работе с наполнителем из кожуры томатов.
Исследователи получили отзывы о своей заявке на патент на свои биоотходные резиновые композиты от Управления по патентам и товарным знакам США, и Cornish заявляет, что она будет представлена в ближайшее время. Эта технология была лицензирована компании Cornish, которая называется EnergyEne.
Поиск натуральных альтернатив для производства продуктов не является чем-то новым для корниш. Она также курирует проект, чтобы определить, можно ли использовать в качестве источника каучука различные виды одуванчиков, выращиваемых в Казахстане. Около 10-15 процентов корней растения составляют натуральный каучук.
Она говорит, что ключ к ней - держать глаза открытыми на возможности мира природы.
«Я родом из самых разных слоев общества и очень заинтересован в устойчивой экономике. В Огайо сельское хозяйство - это огромная индустрия, пищевая промышленность - огромная индустрия », - отмечает она. «Я хотел взглянуть на то, что я мог сделать как ученый, не связанный с пищевыми продуктами, связанный с пищевой промышленностью. У них всех есть большие отходы. Отходы стоят больших денег. Отходы отправляются на свалку. Поэтому мы оценили, что это за отходы и что мы можем с ними сделать.
«И это оказалось невероятно успешным проектом. Я не хочу, чтобы это звучало покровительственно, но большинство людей не оглядываются вокруг и действительно видят, что там происходит ».
