Varje dag äter ungefär 43 miljoner amerikaner minst en skiva pizza, enligt experter. Den varma, ostliknande, italienskinspirerade rätten bidrar med hela 47 miljarder dollar till den amerikanska ekonomin varje år, och ungefär en tredjedel av dessa pajer levereras till sina destinationer i wellpappkartonger.
Även utan kärl som används för restaurangrester blir det många pizzakartonger.
Tyvärr, liksom många andra typer av matbehållare, kan pizzakartonger inte återvinnas på grund av alla föroreningar som finns kvar, som fett och ost.
De föroreningar som är speciella för pizzaförvaring kallas FOGs, som står för fetter, oljor och fetter. Dimmor som jordnötssmör i en burk eller fett på en pizzakartong är nästan omöjliga att ta bort helt.
Nu arbetar pizzaälskande forskare vid Idaho National Laboratory (INL) för att lösa problemet med återvinning av pizzakartonger. En nyligen genomförd studie visar hur man sanerar kartong med hjälp av materialseparationsförmåga. Forskningen publiceras i Journal of Cleaner Production .
Studien kan inte bara göra en av landets favoritmat mer miljövänlig, den kan också rädda livet på amerikanska soldater.
Ansträngningen att separera fett, ost och andra föroreningar från pizzalådor har sitt ursprung i ett forskningsprojekt som är associerat med Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) ReSource Program. ReSource designades för att förvandla krigskrigsavfall, inklusive vanlig plast, till ätbara makronäringsämnen och andra användbara föremål. På slagfältet utsätter varje leverans till trupper personalen i riskzonen eftersom leveranser kan vara lika sårbara som frontlinjerna för fiendens attacker. Dessa riskfyllda leveranser skulle kunna minskas om militärbaser kunde omvandla sitt avfall till användbara resurser som bränsle.
"Materialseparering kommer att vara viktigt för att minska avfallet inom energi- och försvarsindustrin", säger Aaron Wilson, chefsutredare för experimentet med pizzalådor. "För att göra specifika separationer möjliga måste vi först bevisa det övergripande konceptet med materialseparationer, vilket är vad den här studien åstadkom."
Så Wilson och hans team satte sig för att bevisa ett bredare separationskoncept för att möjliggöra framgång med warfighter-avfallsprojektet.
Ta ut osten ur kartongen:Pizzabox-experimentet
Wilson och hans team skapade ett experimentellt system med dimetyleter (DME), en miljövänlig kemikalie som används i kylprocesser, och mycket pizza. Systemet har två vertikala reaktorer av rostfritt stål - en för att avlägsna vätskor från fasta ämnen med hjälp av ett lösningsmedel och den andra för att avlägsna lösningsmedlet från vätskorna. En förvaringstank håller lösningsmedlet separerat tills experimentet börjar.
Teamet laddar föremål som de vill rengöra (i det här fallet, nedbrutna bitar av de förorenade kartonglådorna) i den första reaktorn och tillsätter sedan lösningsmedlet. Sedan blandar de lösningsmedlet med kartongerna för att utlösa en kemisk reaktion som drar ut föroreningarna ur kartongen.
När kartongen är rengjort dräneras lösningsmedlet till den nedre reaktorn. Teamet applicerar ett vakuum för att suga DME-lösningsmedlet från reaktorn upp genom ett rör och antingen pumpar det in i en förvaringstank eller tillbaka in i den första cylindern för att rengöra mer material. Vid denna tidpunkt koncentreras FOG-föroreningarna, vattnet och salterna som kristalliserade fasta ämnen i botten av den andra reaktorn. Dimmorna och den vattenhaltiga fraktionen separeras från dessa fasta ämnen och kan lätt samlas upp.
"Med reaktorprocessen kunde vi extrahera föroreningarna i separata fraktioner," sa Wilson. "Vi hade en del som dominerades av oljor, en dominerades av vatten och en dominerades av torrare fasta ämnen."
Varför DME-extraktion?
Denna extraktionsprocess är en betydande förbättring jämfört med vanliga vattentvättmetoder. Som Wilson beskrev det påminner vattentvätt mycket om att blötlägga det avfall som behöver rengöras i en diskmaskin och sedan torka materialet till en hög energikostnad. Denna typ av behandling resulterar i en stor volym avloppsvatten, vanligtvis motsvarande volymen av materialet som rengörs.
Avloppsvattnet innehåller en varierad blandning av föroreningar. Att återvinna den mängden avloppsvatten och återvinna föroreningarna för bortskaffande är en så komplex process att det inte finns något bra alternativ.
Däremot fungerar DME-utvinningsprocessen i ett slutet kretslopp som återvinner DME-lösningen för att rengöra nya avfallsföremål. Processen kan skalas till valfri storlek.
Från pizzamiddagar till slagfältet:Vad händer härnäst?
Framgången med fallstudien för rengöring av pizzakartonger kan möjliggöra framtida projekt som omvandlar avfall till återanvändbara material, inklusive projektet om återanvändning av militärt avfall.
"Att veta att detta fungerar för de mycket kontaminerade pizzalådorna har hjälpt till att validera systemet för användning på slagfältet", säger Jeff Lacey, huvudutredare för DARPA-projektet. "Den största utmaningen nu blir att göra systemet lättare."
Eftersom det mesta militära godset måste transporteras utomlands och över ojämn terräng är ett lättviktssystem avgörande. Lacey och hans team har börjat identifiera komponenter som skulle kunna elimineras eller ersättas för att minska reaktorsystemets vikt. Några av de tyngsta komponenterna var pumpen till DME-tanken och de två reaktorkärlen.
Forskare utvärderar lättare komponenter, inklusive lösningsmedelsåtervinningspumpar som vanligtvis används i luftkonditioneringsapparater som väger 25 pund jämfört med 120-pundspumparna som användes i de första experimenten. Laceys team utforskar också kolfibertryckkärl designade av ett företag i Brigham City, Utah, för användning av NASA, som minskar reaktorkärlets vikt från 60 pund till 5 pund.
Lösningsmedelsextraktionsprocessen kan också vara användbar för återvinning av batterier. Det skulle kunna möjliggöra effektivare bortskaffande av batteriavfall genom att separera de flytande mellanprodukterna från fasta ämnen. I slutändan bidrar projektet till den hållbara idén om en cirkulär ekonomi, eftersom allt material som används för att utvinna en volym avfall kan återanvändas i nästa avfallsutvinningsprocess.
"INL började med denna fallstudie för pizzakartonger eftersom de flesta bryr sig om att återvinna matavfall på rätt sätt", säger Lacey. "Men i slutändan har den här forskningen så många möjliga tillämpningar för nationell säkerhet och en framtid med noll."
Mer information: Hyeonseok Lee et al, Klassbaserade separationer av blandade fasta-vätskesystem med tvättning och extraktion av kondenserbart lösningsmedel:Dilemmat med återvinning av pizzakartonger, Journal of Cleaner Production (2023). DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139080
Tillhandahålls av Idaho National Laboratory
