Onderzoeksteam begint met het ontwerpen van een ‘slim verpakking’-systeem voor bederfelijk voedsel voor transport

Onderzoekers van Case Western Reserve University leiden de ontwikkeling van een “slim verpakkingssysteem” om temperatuurschommelingen, vochtveranderingen en ziekteverwekkers in bederfelijke voedselproducten tijdens transport te bewaken.

Hun energie-efficiënte benadering kan een kosteneffectievere toeleveringsketen opleveren voor distributeurs, besparingen voor voedselproducenten en voedsel van hogere kwaliteit voor consumenten.

“Als dit goed werkt, heeft iedereen er baat bij”, zegt Chanyong (Chase) Cao, assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek en elektrische, computer- en systeemtechniek bij Case Western Reserve, die het onderzoeksteam leidt. “Ongeveer een derde van al het voedsel dat voor menselijke consumptie wordt geproduceerd, gaat verloren of wordt verspild – ongeveer 1,3 miljard ton voedsel per jaar. Onze oplossing kan bederf aanzienlijk verminderen, kosten verlagen en de voedselveiligheid waarborgen.”

Het onderzoek van het team is onlangs online gepubliceerd in het tijdschrift Nano-energie.

Bewaking op eigen kracht

Een centraal kenmerk van hun systeem is een klein, zelfaangedreven bewakingsapparaat dat bestaat uit flexibele sensoren en een energie-oogstmachine die droogmiddelen gebruikt – de kleine pakketjes silicagelpellets die in verpakkingen worden aangetroffen om vocht te absorberen – voor het benutten en opslaan van omgevingsenergie. Bij dit systeem wordt de energie opgewekt uit de trillingen van de foodtruck zelf.

Deze energie drijft een real-time monitoringsysteem aan dat voedselproducenten en transportpersoneel zou voorzien van digitale gegevens over temperatuur, vochtigheid en bederfomstandigheden van het verpakte voedsel.

Om dit mogelijk te maken, bedachten Cao en zijn team wat zij een op droogmiddel gebaseerde tribo-elektrische nanogenerator (D-TENG) noemen om de gebruikstijd van het detectiesysteem te verlengen.

Tribo-elektrische nanogeneratoren zijn elk apparaat voor het oogsten van energie dat mechanische energie – vaak tussen twee objecten die tegen elkaar schuiven – omzet in elektriciteit.

Het team ontwierp een op karton gebaseerd honingraatframe om de droogmiddelen op te slaan – nu ook gebruikt om elektriciteit op te wekken terwijl ze in de honingraat rond stuiteren.

Cao zei dat hoewel sommige moderne transportbedrijven al sensoren gebruiken om temperatuur, vochtigheid en kooldioxide te registreren, de traditionele batterijen die nodig zijn om die systemen te laten werken duur en zwaar zijn en kunnen bijdragen aan milieuvervuiling. Veel van die systemen bieden geen realtime gegevens om voedselbederf te detecteren, zei Cao. Bestaande kleine, draagbare systemen kunnen slechts binnen een zeer beperkte periode omgevingscondities detecteren.

Potentieel bereik, volgende stappen

De aanpak van het team komt overeen met de door de Wereldbank voorgestelde oplossingen voor voedselverspilling, waaronder betere technologie voor het bewaren en vers houden van bederfelijke waren in de toeleveringsketen. Hoewel Cao en zijn team in dit project niet hebben besproken hoe ze bederfelijk voedsel tijdens het vervoer beter kunnen koelen, zouden ze de eerste taak moeten aanpakken om vast te stellen wanneer en wat er mis kan gaan.

Het team is nu een werkend prototype aan het samenstellen; Cao zei dat hij hoopt de productie op te schalen en de komende vijf jaar op de markt te brengen.

Cao en zijn team richten zich op het opsporen en voorkomen van voedselbederf, maar hij gelooft dat de technologie ook voordelen kan bieden voor het verzenden van vaccins. Het systeem zou bedrijven en overheidsinstanties nauwkeurige realtime informatie kunnen geven over de temperatuur van die kritieke zendingen.