Om nyköpta bananer förvaras i en full fruktkorg, då förblir de inte gula särskilt länge. Bara några dagar senare, de krokiga frukterna får en brunaktig färg och är mer benägna att slängas än att ätas. Anledningen till denna snabba mognad är den kemiska eten. Det gasformiga växthormonet fungerar inte bara som budbärare i en enskild frukt, men påverkar även andra exemplar i närheten. Eten utlöser en riktig kedjereaktion genom att stimulera produktionen av (mer) eten i andra växter och frukter. Och mer eten betyder snabbare mognad. Därför, frukter som äpplen som avger särskilt höga nivåer av eten orsakar för tidig mognad i, säga, banan, som visar en särskilt stark reaktion som svar på hormonet. När du förvarar detta livsmedel tillsammans, snabb mognad kan bli en oönskad bieffekt. Frukt kan inte lagras så länge – vilket inte bara leder till förluster av mat hemma i kylen, men också i hela leveranskedjan från importör till parti- och detaljhandel.

Platina för långsammare mognad

För att motverka den accelererade mognadsprocessen, etylen måste hållas borta från frukt och grönsaker. För det här syftet, Empa / ETH Zürich-forskarna Huizhang Guo och Mirko Lukovic har utvecklat en idé för att bryta ned eten som frigörs av frukt och grönsaker. Konceptet är baserat på en delignifierad trästruktur berikad med en katalysator som är dispergerad på atomnivå. Trä består av tre grundämnen:cellulosa, hemicellulosa och lignin. Forskarna använde ett protokoll som tagits fram i Wood Materials Science-professuren vid ETH Zürich och Empa och med hjälp av en sur lösning löste både lignin, träets bindemedel, och en del av hemicellulosorna. Detta gör den återstående cellulosastrukturen extremt porös med en mycket stor specifik yta. Dessa egenskaper gör det delignifierade träet till en perfekt naturlig ställning för en katalysator.

I ett nästa steg, det delignifierade träet sätts i två olika lösningar. Den första skapar grunden så att platinapartiklarna kan fästa vid cellväggarna i träet senare; den andra innehåller platinapartiklarna, som sedan kommer in i trästrukturen.

Detta koncept liknar det som används i bilmotorer. När eten flödar genom denna porösa struktur, det stöter upprepade gånger in i ytbunden platina som katalyserar nedbrytningen av eten till vatten och koldioxid (CO ₂ ). Empa-teamet kunde visa att, vid rumstemperatur, Katalysatorn bryter ner praktiskt taget allt det utsända växthormonet. Om temperaturen sjunker till 0 grader, dock, vatten – en av reaktionsprodukterna – kan inte längre avdunsta, fastnar på katalysatorn och förhindrar ytterligare kemisk reaktion. För att befria katalysatorn från det kondenserade vattenlagret och få det att fungera igen, det räcker med att värma upp hela strukturen i några minuter varannan timme, säger Lukovic.

Dessa resultat visar funktionaliteten hos det katalysatorberikade modifierade träet. Nästa steg skulle vara en uppskalning av konceptet till industriella nivåer, säger forskarna. Större och massproducerade versioner av deras prototyp skulle kunna installeras i kylskåp och kylhus, därigenom saktar mognadsprocessen och håller frukt och grönsaker fräscha under avsevärt längre tid. Vad mer, livslängden för en sådan katalysator kan vara lika lång som livslängden för själva kylskåpet.

Pionjär redan på marknaden

Konceptet att katalytiskt nedbryta eten för att förlänga hållbarheten på frukt är inte nytt; sedan 2015, det japanska företaget Hitachi har tillverkat kylskåp utrustade med platinakatalysatorer. Hitachi använder kiseldioxid som ramverk för platinananopartiklarna. Empa-forskarna har förbättrat detta koncept genom att använda en träbaserad ställning och ett mer effektivt utnyttjande av den (ganska dyra) platinakatalysatorn. Delignifierat trä är en miljövänlig och förnybar resurs med en anmärkningsvärt porös och hierarkisk struktur. Detta gör att platinananopartiklar på 20 nanometer i storlek kan fördelas jämnt och effektivt i en mycket liten volym för att uppnå den önskade katalytiska effekten. Dessutom, Tekniken som utvecklats på Empa undviker en potentiell kontaminering av livsmedlet med platina nano/mikropartiklar genom att fixera katalysatorn på ytan av den porösa trästrukturen.