Intelligente Verpackungen könnten Lebensmittel während des Transports sicher halten

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Forscher der Case Western Reserve University leiten die Entwicklung eines „intelligenten Verpackungssystems“, um Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitsänderungen und Krankheitserreger in verderblichen Lebensmitteln während des Transports zu überwachen.

Ihr energieeffizienter Ansatz bietet möglicherweise eine kostengünstigere Lieferkette für Händler, Einsparungen für Lebensmittelhersteller und qualitativ hochwertigere Lebensmittel für Verbraucher.

„Wenn das gut funktioniert, werden alle davon profitieren“, sagte Chanyong (Chase) Cao, Assistenzprofessor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Elektrotechnik, Computer- und Systemtechnik am Case Western Reserve, der das Forschungsteam leitet. „Etwa ein Drittel aller für den menschlichen Verzehr produzierten Lebensmittel gehen verloren oder werden verschwendet – etwa 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittel pro Jahr. Unsere Lösung könnte den Verderb erheblich reduzieren, die Kosten senken und die Lebensmittelsicherheit gewährleisten.“

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Die Forschung des Teams wurde kürzlich online in der Zeitschrift Nano Energy veröffentlicht.

Ein zentrales Merkmal ihres Systems ist ein kleines, energieautarkes Überwachungsgerät, das aus flexiblen Sensoren und einem Energie-Harvester besteht, der Trockenmittel – kleine Päckchen Silikagel-Pellets in Verpackungen zur Aufnahme von Feuchtigkeit – nutzt, um Umgebungsenergie zu nutzen und zu speichern. Bei diesem System wird die Energie aus den Vibrationen des Essenslieferwagens selbst erzeugt.

Diese Energie versorgt ein Echtzeit-Überwachungssystem, das Lebensmittelproduzenten und Transportpersonal digitale Daten über Temperatur, Feuchtigkeit und Verderbsgrad der verpackten Lebensmittel liefert.

Um dies zu erreichen, entwickelten Cao und sein Team einen sogenannten triboelektrischen Nanogenerator auf Trockenmittelbasis (D-TENG), um die Betriebszeit des Sensorsystems zu verlängern.

Triboelektrische Nanogeneratoren sind alle Energiegewinnungsgeräte, die mechanische Energie – oft zwischen zwei gegeneinander gleitenden Objekten – in Elektrizität umwandeln.

Das Team entwarf einen Wabenrahmen auf Pappbasis zur Lagerung der Trockenmittel, die jetzt auch zur Stromerzeugung verwendet werden, wenn sie in der Wabe herumhüpfen.

Cao sagte, dass einige moderne Transportunternehmen zwar bereits Sensoren zur Aufzeichnung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxid verwenden, die herkömmlichen Batterien, die zum Betrieb dieser Systeme erforderlich sind, jedoch teuer und schwer sind und zur Umweltverschmutzung beitragen können.

Und viele dieser Systeme liefern keine Echtzeitdaten, um den Verderb von Lebensmitteln zu erkennen, sagte Cao. Bestehende kleine, tragbare Systeme können Umgebungsbedingungen nur innerhalb eines sehr begrenzten Zeitraums erfassen.

Der Ansatz des Teams steht im Einklang mit den von der Weltbank vorgeschlagenen Lösungen zur Lebensmittelverschwendung, zu denen auch bessere Technologien für die Lagerung und Frischhaltung verderblicher Güter in der Lieferkette gehören.

Während Cao und sein Team sich in diesem Projekt nicht damit befasst haben, wie verderbliche Lebensmittel während des Transports besser gekühlt werden können, würden sie sich zunächst mit der Aufgabe befassen, herauszufinden, wann und was schief gehen könnte.

Das Team baut derzeit einen funktionierenden Prototyp zusammen. Cao sagte, er hoffe, die Produktion und Vermarktung in den nächsten fünf Jahren steigern zu können.

Cao und sein Team konzentrieren sich auf die Erkennung und Verhinderung von Lebensmittelverderb, er glaubt jedoch, dass die Technologie auch Vorteile für den Versand von Impfstoffen bieten könnte. Das System könnte Unternehmen und Regierungsbehörden genaue Echtzeitinformationen über die Temperatur dieser kritischen Sendungen liefern.

Referenz: Pang Y, Huang Z, Fang Y, Xu X, Cao C (Chase). Auf dem Weg zu einem autarken integrierten intelligenten Verpackungssystem – triboelektrische Nanogeneratoren auf Trockenmittelbasis. Nanoenergie. 2023;114:108659. doi: 10.1016/j.nanoen.2023.108659

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