2021 Create the Future Design Contest:Gewinner in der Kategorie „Sustainable Technologies/Future Energy“ – Multifunktionale Bionanokomposit-Fruchtbeschichtungen

MULTIFUNKTIONALE BIONANOKOMPOSIT-OBSTBESCHICHTUNGEN

Sylvia Jung, Nancy Cui, Neethu Pottackal, Pulickel M. Ajayan und Muhammad M. Rahman Rice University Houston, TX

Gewinner einer HP Workstation

Hunger und chronische Unterernährung betreffen über 800 Millionen Menschen auf der Welt, während ein Drittel der weltweit produzierten Lebensmittel verschwendet wird. Dies zeigt sich besonders deutlich bei frischen Produkten, bei denen fast 40 bis 50 % der angebauten Ernte verschwendet werden. Die Reduzierung dieser Verschwendung hat ein enormes Potenzial, da selbst eine Reduzierung um 15 % bedeuten könnte, dass 25 Millionen Menschen mehr ernährt werden.

Unter den kommerziellen Technologien ist die gebräuchlichste Methode zur Konservierung verderblicher Produkte das Wachsen – das Aufbringen einer künstlichen Beschichtung mit Konservierungsmitteln auf Fettsäurebasis. Aber seine mangelnde Waschbarkeit und das Vorhandensein potenziell toxischer Verbindungen bergen das Risiko nachteiliger Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt.

Die hier beschriebene Lösung ist eine multifunktionale, proteinbasierte, konforme Nanokomposit-Beschichtung aus leicht verfügbaren, kostengünstigen oder Abfall-Biomaterialien. Die Beschichtung bietet eine Kombination von Eigenschaften, die mehrere Konservierungsanforderungen wie Materialflexibilität, Essbarkeit, Waschbarkeit, Wirksamkeit, biologische Abbaubarkeit und Aussehen erfüllt.

Die Beschichtung besteht hauptsächlich aus Poly(albumin)-Protein, das aus Eiweiß und Zellulose-Nanokristallen aus Zellstoff gewonnen wird, zusammen mit verschiedenen anderen biokompatiblen Modifikatoren. Seine Synthese beginnt mit einer Kombination aus Eiweißprotein, Eigelb und Glycerin, die einen starken, essbaren Film bilden. Die Zugabe von Curcumin verbessert die antimikrobiellen und antioxidativen Eigenschaften, die das mikrobielle Wachstum reduzieren und den optimalen Austausch von Gasen in der Mikroumgebung ermöglichen, Sauerstoff verringern und Kohlendioxid erhöhen, um die Frische zu erhalten. Zellulose-Nanokristalle reduzieren zusätzlich die Wasser- und Gasdurchlässigkeit.

Konservierungsstudien ergaben, dass nach 8–11 Tagen nach dem Kauf alle unbeschichteten Früchte eine enzymatische Bräunung und Fäulnis aufwiesen, während die beschichteten Proben das Aussehen und die Festigkeit über eine Woche lang beibehielten. In-vitro-Studien bestätigten die Essbarkeit der Beschichtung. Im Gegensatz zu Wachsbeschichtungen ist die Beschichtung leicht abwaschbar und sorgt für eine glänzende Optik. Seine einfache Verarbeitung führt zu seinem hohen Potenzial für eine kostengünstige Massenproduktion.

Die Erfindung könnte das Potenzial des Marktes für essbare Verpackungen nutzen, der bis 2025 auf 679 Millionen US-Dollar geschätzt wird. Sie hat das Potenzial, die 17 bis 65 % höheren Kosten für Bio-Produkte zu mindern und eine erschwingliche Alternative für gesundheitsbewusste Verbraucher bereitzustellen.

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LOHNENDE ERWÄHNUNGEN

Thermionischer Transistor

John Read und Daniel Sweeney, Space Charge, San Diego, CA

Die direkte Umwandlung von thermischer in elektrische Energie hat das Potenzial, Verbrennungsmotoren und Turbinen in fast allen elektrischen Anwendungen zu ersetzen. Der Thermionische Transistor verwendet elektromagnetische Kraft, um elektrodynamische Geräte zu schaffen, die nahezu jeden Formfaktor in nahezu jeder Umgebung annehmen können.

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Aerodynamische Optimierung von Windkraftanlagen

John Maris, Marinvent Corp., Quebec, Kanada

Der Enhanced Airfoil Performance Monitor überwacht direkt die lokale Tragflächenbeanspruchung an jedem Blatt einer Windkraftanlage und überträgt die Bedingungen drahtlos und in Echtzeit an die Turbinenleitstation. Es erkennt kleinste Luftstromstörungen und löst bei Überschreitung von Grenzwerten Alarm aus.

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Recycling von Lithium-Ionen-Elektroden

Donna Baek, Tedd Lister und Luis Diaz Aldana, Idaho National Laboratory, Idaho Falls, ID

Bei diesem Verfahren werden Kobalt und andere wertvolle Inhaltsstoffe bei Raumtemperatur mit kurzen Reaktionszeiten aus den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien herausgelöst. Es verwendet kostengünstige Materialien, kann leicht skaliert werden und verwendet weniger Eingangschemikalien.

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Schaffung einer besseren Zukunft durch Umnutzung von Kohle

PD Madden, Eco Energy International, Tustin, CA

Diese Technologie wandelt kohlenstoffbasiertes Material direkt in reinen Wasserstoff um. Die Ausrüstung ist modular aufgebaut, sodass sie in der Nähe der Endverbraucher aufgestellt werden kann. Das Verfahren reduziert Treibhausgase, die normalerweise von Deponien und der Verbrennung von Kohle freigesetzt werden, ohne die Umwelt zu schädigen.

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Sehen Sie sich die restlichen diesjährigen Gewinner an:

• GEWINNER DES HAUPTPREISES
• LUFTFAHRT &VERTEIDIGUNG
• AUTOMATIK/TRANSPORT
• VERBRAUCHERPRODUKTDESIGN
• ELEKTRONIK/SENSOREN/IOT
• FERTIGUNG/ROBOTIK/AUTOMATION
• MEDIZIN