Secondo gli esperti, ogni giorno circa 43 milioni di americani mangiano almeno una fetta di pizza. Questo piatto caldo, formaggioso e di ispirazione italiana contribuisce ogni anno con l'enorme somma di 47 miliardi di dollari all'economia degli Stati Uniti e circa un terzo di queste torte vengono consegnate a destinazione in scatole di cartone ondulato.
Anche senza i contenitori utilizzati per gli avanzi dei ristoranti, le scatole per la pizza sono tante.
Sfortunatamente, come molti altri tipi di contenitori per alimenti, le scatole della pizza non possono essere riciclate a causa di tutti i contaminanti lasciati, come grasso e formaggio.
I contaminanti specifici della conservazione della pizza sono chiamati FOG, che sta per grassi, oli e grassi. Le NEBBIE come il burro di arachidi in un barattolo o il grasso su una scatola di cartone per la pizza sono quasi impossibili da rimuovere completamente.
Ora, i ricercatori amanti della pizza dell’Idaho National Laboratory (INL) stanno lavorando per risolvere il problema del riciclaggio delle scatole della pizza. Uno studio recente mostra come decontaminare il cartone utilizzando le funzionalità di separazione dei materiali. La ricerca è pubblicata sul Journal of Cleaner Production .
Lo studio potrebbe non solo rendere più ecologico uno degli alimenti preferiti della nazione, ma potrebbe anche salvare la vita dei soldati statunitensi.
Lo sforzo di separare grasso, formaggio e altri contaminanti dalle scatole della pizza ha avuto origine in un progetto di ricerca associato al programma ReSource della Defense Advanced Research Project Agency (DARPA). ReSource è stato progettato per trasformare i rifiuti dei combattenti, compresa la plastica comune, in macronutrienti commestibili e altri oggetti utili. Sul campo di battaglia, ogni consegna alle truppe mette a rischio il personale poiché le corse di rifornimento possono essere vulnerabili agli attacchi nemici quanto la linea del fronte. Questi rischiosi percorsi di approvvigionamento potrebbero essere ridotti se le basi militari potessero convertire i loro rifiuti in risorse utilizzabili come il carburante.
"La separazione dei materiali sarà importante per ridurre gli sprechi nei settori dell'energia e della difesa", ha affermato Aaron Wilson, il ricercatore principale dell'esperimento sulla scatola della pizza. "Per rendere possibili separazioni specifiche, dobbiamo prima dimostrare il concetto generale di separazioni materiali, che è ciò che questo studio ha realizzato."
Quindi, Wilson e il suo team hanno deciso di provare un concetto di separazione più ampio per consentire il successo del progetto Warfighter Waste.
Togli il formaggio dal cartone:l'esperimento della scatola della pizza
Wilson e il suo team hanno creato un sistema sperimentale utilizzando dimetil etere (DME), una sostanza chimica ecologica utilizzata nei processi di refrigerazione e molta pizza. Il sistema è dotato di due reattori verticali in acciaio inossidabile:uno per rimuovere i liquidi dai solidi utilizzando un solvente e l'altro per rimuovere il solvente dai liquidi. Un serbatoio di contenimento mantiene il solvente separato fino all'inizio dell'esperimento.
La squadra carica gli oggetti che desidera pulire (in questo caso, pezzi scomposti delle scatole di cartone contaminate) nel primo reattore, quindi aggiunge il solvente. Quindi, mescolano il solvente con le scatole di cartone per innescare una reazione chimica che estrae i contaminanti dal cartone.
Una volta pulito il cartone, il solvente viene scaricato nel reattore inferiore. Il team applica un vuoto per aspirare il solvente DME dal reattore attraverso un tubo e lo pompa in un serbatoio di contenimento o nuovamente nel primo cilindro per pulire altro materiale. A questo punto i contaminanti del FOG, acqua e sali si concentrano come solidi cristallizzati sul fondo del secondo reattore. I FOG e la frazione acquosa si separano dall'interno di questi solidi e possono essere facilmente raccolti.
"Con il processo del reattore, siamo stati in grado di estrarre i contaminanti in frazioni separate", ha affermato Wilson. "Avevamo una frazione dominata dagli oli, una dominata dall'acqua e una dominata dai solidi più essiccati."
Perché l'estrazione DME?
Questo processo di estrazione rappresenta un miglioramento significativo rispetto ai comuni metodi di lavaggio con acqua. Come lo descrisse Wilson, il lavaggio con acqua assomiglia molto all’ammollo dei rifiuti da pulire in una lavastoviglie e quindi all’asciugatura del materiale con un elevato dispendio energetico. Questo tipo di trattamento genera un grande volume di acque reflue, generalmente equivalente al volume del materiale pulito.
Le acque reflue contengono un mix diversificato di contaminanti. Riciclare quel volume di acque reflue e recuperare i contaminanti per lo smaltimento è un processo così complesso che non esiste alcuna buona opzione.
Al contrario, il processo di estrazione del DME opera in un circuito chiuso che ricicla la soluzione DME per pulire nuovi rifiuti. Il processo può essere adattato a qualsiasi dimensione.
Dalle cene a base di pizza al campo di battaglia:quale sarà il prossimo passo?
Il successo del caso di studio sulla pulizia delle scatole della pizza potrebbe consentire progetti futuri che convertono i rifiuti in materiali riutilizzabili, incluso il progetto sul riutilizzo dei rifiuti militari.
"Sapere che questo funziona per le scatole della pizza altamente contaminate ha contribuito a convalidare il sistema per l'uso sul campo di battaglia", ha affermato Jeff Lacey, il ricercatore principale del progetto DARPA. "La sfida più grande adesso sarà rendere il sistema più leggero."
Poiché la maggior parte dei carichi militari deve essere trasportata all’estero e su terreni accidentati, un sistema leggero è fondamentale. Lacey e il suo team hanno iniziato a identificare i componenti che potrebbero essere eliminati o sostituiti per ridurre il peso del sistema del reattore. Alcuni dei componenti più pesanti erano la pompa per il serbatoio di contenimento del DME e i due contenitori del reattore.
I ricercatori stanno valutando componenti più leggeri, comprese le pompe per il recupero dei solventi tipicamente utilizzate nei condizionatori d'aria che pesano 25 libbre rispetto alle pompe da 120 libbre utilizzate negli esperimenti iniziali. Il team di Lacey sta anche esplorando contenitori a pressione in fibra di carbonio progettati da un'azienda di Brigham City, Utah, per essere utilizzati dalla NASA, che riducono il peso del contenitore del reattore da 60 libbre a 5 libbre.
Il processo di estrazione con solvente potrebbe rivelarsi utile anche per il riciclaggio delle batterie. Potrebbe consentire uno smaltimento più efficiente dei rifiuti delle batterie separando gli intermedi liquidi dai solidi. In definitiva, il progetto contribuisce all'idea sostenibile di un'economia circolare, poiché tutti i materiali utilizzati per estrarre un volume di rifiuti possono essere riutilizzati nel successivo processo di estrazione dei rifiuti.
"L'INL ha iniziato con questo caso di studio sulla scatola della pizza perché la maggior parte delle persone si preoccupa di riciclare correttamente i rifiuti alimentari", ha affermato Lacey. "Ma alla fine, questa ricerca ha tantissime possibili applicazioni per la sicurezza nazionale e un futuro a zero emissioni."
Ulteriori informazioni: Hyeonseok Lee et al, Separazioni basate su classi di sistemi misti solido-liquido con lavaggio ed estrazione di solventi condensabili:il dilemma del riciclaggio delle scatole della pizza, Journal of Cleaner Production (2023). DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139080
Fornito da Idaho National Laboratory
