Concours de design Create the Future 2021 :Gagnant de la catégorie Technologies durables/Énergie future — Enrobages de fruits bionanocomposites multifonctionnels

REVÊTEMENTS DE FRUITS BIONANOCOMPOSITES MULTIFONCTIONNELS

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

Gagnant d'une station de travail HP

La faim et la sous-alimentation chronique touchent plus de 800 millions de personnes dans le monde tandis qu'un tiers de la nourriture produite dans le monde est gaspillée. Cela est particulièrement évident avec les produits frais, dans lesquels près de 40 à 50 % des récoltes cultivées sont gaspillées. La réduction de ces déchets a un énorme potentiel puisque même une diminution de 15 % pourrait signifier nourrir 25 millions de personnes supplémentaires.

Parmi les technologies commerciales, la méthode la plus courante de conservation des produits périssables est l'épilation à la cire - l'application d'un revêtement artificiel avec des conservateurs à base d'acides gras. Mais son manque de lavabilité et la présence de composés potentiellement toxiques présentent des risques d'effets néfastes sur la santé humaine et l'environnement.

La solution décrite ici est un revêtement nanocomposite multifonctionnel, à base de protéines, conforme à partir de biomatériaux bon marché ou de déchets facilement disponibles. Le revêtement offre une combinaison de propriétés qui répond à de multiples exigences de conservation telles que la flexibilité du matériau, la comestibilité, la lavabilité, l'efficacité, la biodégradabilité et l'apparence.

Le revêtement est principalement composé de protéines de poly(albumine) dérivées de blanc d'œuf et de nanocristaux de cellulose provenant de pâte de bois, ainsi que de divers autres modificateurs biocompatibles. Sa synthèse commence par une combinaison de protéines de blanc d'œuf, de jaune d'œuf et de glycérol qui forment un film solide et comestible. L'ajout de curcumine améliore les propriétés antimicrobiennes et antioxydantes qui réduisent la croissance microbienne et permettent l'échange optimal de gaz dans le microenvironnement, en diminuant l'oxygène et en augmentant le dioxyde de carbone pour maintenir la fraîcheur. Les nanocristaux de cellulose réduisent encore la perméabilité à l'eau et aux gaz.

Des études de conservation ont révélé qu'après 8 à 11 jours après l'achat, tous les fruits non enrobés présentaient un brunissement et une décomposition enzymatiques, tandis que les échantillons enrobés conservaient leur apparence et leur fermeté pendant plus d'une semaine. Des études in vitro ont confirmé la comestibilité de l'enrobage. Contrairement aux revêtements de cire, le revêtement est facilement lavable et offre un aspect visuel brillant. Sa facilité de traitement conduit à son fort potentiel de production de masse à faible coût.

L'invention pourrait exploiter le potentiel du marché des emballages comestibles, estimé à 679 millions de dollars d'ici 2025. Elle a le potentiel d'atténuer le surcoût de 17 à 65 % des produits biologiques et de fournir une alternative abordable aux consommateurs soucieux de leur santé.

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Lisez une session de questions-réponses exclusive sur le Web de Tech Briefs avec le chercheur principal de l'équipe.

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MENTION HONORABLE

Transistor thermionique

John Read et Daniel Sweeney, Space Charge, San Diego, Californie

La conversion directe de l'énergie thermique en électricité a le potentiel de remplacer les moteurs à combustion interne et les turbines dans presque toutes les applications électriques. Le transistor thermionique utilise la force électromagnétique pour créer des dispositifs électrodynamiques qui peuvent prendre presque n'importe quel facteur de forme, dans presque n'importe quel environnement.

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Optimisation aérodynamique des éoliennes

John Maris, Marinvent Corp., Québec, Canada

Le Enhanced Airfoil Performance Monitor surveille directement la contrainte locale du profil aérodynamique sur chaque pale d'une éolienne et transmet les conditions sans fil et en temps réel à la station de contrôle de la turbine. Il détecte les moindres perturbations de débit d'air et déclenche des alarmes lorsque des seuils sont dépassés.

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Recyclage des électrodes lithium-ion

Donna Baek, Tedd Lister et Luis Diaz Aldana, Laboratoire national de l'Idaho, Idaho Falls, ID

Ce processus lixivie le cobalt et d'autres constituants précieux des électrodes de batterie lithium-ion à température ambiante avec des temps de réaction courts. Il utilise des matériaux peu coûteux, peut facilement être mis à l'échelle et utilise moins de produits chimiques.

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Créer un avenir meilleur en réutilisant le charbon

PD Madden, Eco Energy International, Tustin, Californie

Cette technologie convertit directement les matériaux à base de carbone en hydrogène pur. L'équipement est modulaire, ce qui lui permet d'être situé à proximité des utilisateurs finaux. Le processus réduit les gaz à effet de serre normalement émis par les décharges et la combustion du charbon sans nuire à l'environnement.

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Découvrez les autres gagnants de cette année :

• GAGNANT DU GRAND PRIX
• AÉRONAUTIQUE ET DÉFENSE
• AUTOMOBILE/TRANSPORT
• CONCEPTION DE PRODUITS DE CONSOMMATION
• ÉLECTRONIQUE/CAPTEURS/IOT
• FABRICATION/ROBOTIQUE/AUTOMATISATION
• MÉDICAL