Skörd av ananas, en storodlad tropisk frukt, lämnar efter sig massor av jordbruksrester som vanligtvis bränns eller får ruttna, skapa oönskade växthusgaser och andra föroreningar. Men en ny process lovar att omvandla avfallet till aerogeler med högt värde, billigt och rent.

Aerogels är bland de lättaste fasta materialen som är kända och skapas genom att kombinera en polymer med ett lösningsmedel för att bilda en gel, och sedan ta bort vätskan från gelén och ersätta den med luft. De är extremt porösa och har låg densitet men förblir fast vid beröring.

Duong Hai Minh, professor vid National University of Singapore (NUS) institutionen för maskinteknik, uppskattar att 76,4 miljoner ton avfall av ananasblad genereras varje år. Han tror, detta kan frigöra skadliga kemikalier och växthusgaser som kan orsaka allvarliga miljöproblem.

"För varje kilo av frukten som produceras, nästan tre gånger så mycket ananasbladavfall genereras. Bönder sadlade med denna skrymmande och fibrösa biprodukt brukar brinna, kompost, eller återanvända det som djurfoder, säger Duong.

Han och andra NUS -ingenjörer har publicerat sin studie om att göra aerogeler av ananasavfall i den kommande decemberutgåvan av Journal of Environmental Chemical Engineering.

Kommersiella aerogeler, används främst för värme- och ljudisolering, är dyra och tillverkningsprocessen involverar vanligtvis utsläpp av giftiga kolhalter, säger Duong. Hans process använder ananasbladfibrer för att skapa ultralätt, biologiskt nedbrytbara aerogeler. De är effektiva som oljeabsorberande ämnen och för värme- och ljudisolering.

"Vi har också visat deras potentiella tillämpningar inom livsmedelsbevarande och avloppsrening - detta är ett stort steg mot hållbart jordbruk och avfallshantering, " han säger.

Duong har arbetat med att återvinna olika material till aerogeler i mer än ett decennium. Han har tidigare utvecklat och patenterat tekniker för att skapa aerogeler av gamla gummidäck, kaffesumpar och plastflaskor.

"Vårt senaste arbete, att göra eko-aerogeler med jordbruks- och matavfall, startade i augusti 2016 och tog tre år att uppnå lovande resultat, "säger Duong." Vi har också framgångsrikt producerat eko-aerogeler med sockerrörsbagasse, kaffesump och okra. "

I den nya processen, ananasfibrer extraheras från bladen med hjälp av en dekorteringsmaskin och blandas sedan med tvärbindare polyvinylalkohol (PVA) och härdas vid 80 grader Celsius för att främja tvärbindning mellan fibrerna och PVA. I genomsnitt, det tar 10-12 timmar att producera aerogeler från råvarorna, vilket är mycket snabbare än jämförbara processer.

"Ett kvadratmeter ark eko-airgel, mäter en centimeter i tjocklek, kostar mindre än 7 dollar att producera, och kan säljas för mellan 22 och 37 dollar. Ett kommersiellt tillverkat värmeisoleringsark tillverkat med konventionella aerogeler av ungefär samma storlek kan sälja mer än 220 dollar. "

NUS-teamet arbetar med partners för att pilotera den storskaliga produktionen av dessa eko-aerogeler för högvärdiga applikationer som livsmedelskonservering, värmeisolering, brusreducering, oljeutsläpp och återanvändbara masker för filtrering av giftiga gaser, dammpartiklar och bakterier.

Ananas är en av de mest gynnade frukterna i världen. De tre största producenterna globalt är Costa Rica, Brasilien och Filippinerna.

"Den avancerade tekniken för att omvandla ananasrester med lågt värde till högvärdiga aerogeler för livsmedelsbevarande och avloppsrening kommer att öka människors medvetenhet om miljöskydd genom att förvandla avfall till nyttiga material med nya, intressanta applikationer, "säger Phung Le, chef för raffinaderi och petrokemikalier och teknikforskningscentret vid Ho Chi Minh City University of Technology, Vietnam.

"Även om ett komplett förfarande för återvinning av avfall inte har utvecklats noggrant, detta är ett viktigt steg mot hållbar utveckling för att bygga kreativa och innovativa tankar hos vår unga generation om att hjälpa miljön och bevara naturen, " han lägger till.

Stephen Steiner, VD för Airgel Technologies, Boston, Massa., säger de ananasavfallshanterade eko-aerogelerna som beskrivs i studien visar hur "porfasta arkitekterade material som ger många av de mervärde-funktionella beteenden hos traditionella aerogeler kan skapas till en bråkdel av kostnaden."

"En särskilt övertygande aspekt av det nuvarande arbetet är att råvarorna inte bara är billiga, de kan eventuellt erhållas till en negativ kostnad för tillverkaren, "säger Steiner." Med tilläggsfördelar som potential för biokompatibilitet och biologisk nedbrytbarhet, Duongs eko-aerogeler ger potential för applikationer som sträcker sig från isolering till förpackning till medicinsk teknik. "