Según los expertos, cada día, aproximadamente 43 millones de estadounidenses comen al menos una porción de pizza. Este plato picante, con queso y de inspiración italiana aporta la friolera de 47 mil millones de dólares a la economía estadounidense cada año, y alrededor de un tercio de esos pasteles llegan a sus destinos en cajas de cartón corrugado.
Incluso sin los contenedores que se utilizan para las sobras de los restaurantes, son muchas cajas de pizza.
Desafortunadamente, como muchos otros tipos de recipientes para alimentos, las cajas de pizza no se pueden reciclar debido a todos los contaminantes que quedan, como grasa y queso.
Los contaminantes propios del almacenamiento de pizzas se denominan FOG, que significa grasas, aceites y grasas. Las nieblas como la mantequilla de maní en un frasco o la grasa en una caja de cartón para pizza son casi imposibles de eliminar por completo.
Ahora, investigadores amantes de la pizza del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) están trabajando para resolver el problema del reciclaje de cajas de pizza. Un estudio reciente muestra cómo descontaminar el cartón utilizando capacidades de separación de materiales. La investigación se publica en el Journal of Cleaner Production .
El estudio no sólo podría hacer que uno de los alimentos favoritos del país sea más ecológico, sino que también podría salvar las vidas de los soldados estadounidenses.
El esfuerzo por separar la grasa, el queso y otros contaminantes de las cajas de pizza se originó en un proyecto de investigación asociado con el Programa ReSource de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). ReSource fue diseñado para convertir los desechos de los militares, incluidos los plásticos comunes, en macronutrientes comestibles y otros elementos útiles. En el campo de batalla, cada entrega a las tropas pone en riesgo al personal, ya que los flujos de suministros pueden ser tan vulnerables como las líneas del frente a los ataques enemigos. Estos riesgosos flujos de suministro podrían reducirse si las bases militares pudieran convertir sus desechos en recursos utilizables como combustible.
"La separación de materiales será importante para reducir los residuos en las industrias de energía y defensa", dijo Aaron Wilson, investigador principal del experimento de la caja de pizza. "Para hacer posibles separaciones específicas, primero debemos probar el concepto general de separaciones de materiales, que es lo que logró este estudio".
Entonces, Wilson y su equipo se propusieron probar un concepto de separación más amplio para permitir el éxito del proyecto de desechos de combate.
Saca el queso del cartón:El experimento de la caja de pizza
Wilson y su equipo crearon un sistema experimental utilizando dimetiléter (DME), una sustancia química respetuosa con el medio ambiente que se utiliza en procesos de refrigeración, y mucha pizza. El sistema cuenta con dos reactores verticales de acero inoxidable:uno para eliminar los líquidos de los sólidos usando un solvente y el otro para eliminar el solvente de los líquidos. Un tanque de retención mantiene el disolvente separado hasta que comienza el experimento.
El equipo carga los elementos que quiere limpiar (en este caso, pedazos rotos de las cajas de cartón contaminadas) en el primer reactor y luego agrega el solvente. Luego, mezclan el solvente con las cajas de cartón para desencadenar una reacción química que extrae los contaminantes del cartón.
Una vez limpio el cartón, se drena el disolvente al reactor inferior. El equipo aplica una aspiradora para aspirar el solvente DME del reactor a través de un tubo y lo bombea a un tanque de retención o de regreso al primer cilindro para limpiar más material. En este punto, los contaminantes FOG, el agua y las sales se concentran como sólidos cristalizados en el fondo del segundo reactor. Los FOG y la fracción acuosa se separan del interior de estos sólidos y se pueden recolectar fácilmente.
"Con el proceso del reactor, pudimos extraer los contaminantes en fracciones separadas", dijo Wilson. "Teníamos una fracción dominada por los aceites, otra dominada por el agua y otra dominada por los sólidos más secos".
¿Por qué la extracción de DME?
Este proceso de extracción es una mejora significativa con respecto a los métodos comunes de lavado con agua. Como lo describió Wilson, lavar con agua se parece mucho a remojar los desechos que necesitan limpieza en un lavavajillas y luego secar el material con un alto costo de energía. Este estilo de tratamiento genera un gran volumen de aguas residuales, generalmente equivalente al volumen del material limpiado.
Las aguas residuales contienen una mezcla diversa de contaminantes. Reciclar ese volumen de aguas residuales y recuperar los contaminantes para su eliminación es un proceso tan complejo que no existe una buena opción.
Por el contrario, el proceso de extracción de DME opera en un circuito cerrado que recicla la solución de DME para limpiar nuevos desechos. El proceso se puede escalar a cualquier tamaño.
De las cenas con pizza al campo de batalla:¿qué sigue?
El éxito del estudio de caso de limpieza de cajas de pizza podría permitir futuros proyectos que conviertan los desechos en materiales reutilizables, incluido el proyecto sobre la reutilización de desechos militares.
"Saber que esto funciona para las cajas de pizza altamente contaminadas ha ayudado a validar el sistema para su uso en el campo de batalla", dijo Jeff Lacey, investigador principal del proyecto DARPA. "El mayor desafío ahora será aligerar el sistema."
Dado que la mayor parte de la carga militar debe transportarse al extranjero y a través de terrenos accidentados, un sistema liviano es crucial. Lacey y su equipo han comenzado a identificar componentes que podrían eliminarse o reemplazarse para reducir el peso del sistema del reactor. Algunos de los componentes más pesados fueron la bomba para el tanque de retención de DME y las dos vasijas del reactor.
Los investigadores están evaluando componentes más livianos, incluidas bombas de recuperación de solventes que normalmente se usan en acondicionadores de aire y que pesan 25 libras en comparación con las bombas de 120 libras utilizadas en los experimentos iniciales. El equipo de Lacey también está explorando recipientes a presión de fibra de carbono diseñados por una empresa de Brigham City, Utah, para uso de la NASA, que reducen el peso de la vasija del reactor de 60 libras a 5 libras.
El proceso de extracción con disolventes también podría resultar útil para reciclar baterías. Podría permitir una eliminación más eficiente de los residuos de baterías al separar los intermedios líquidos de los sólidos. En última instancia, el proyecto contribuye a la idea sostenible de una economía circular, porque todos los materiales utilizados para extraer un volumen de residuos pueden reutilizarse en el siguiente proceso de extracción de residuos.
"INL comenzó con este estudio de caso de caja de pizza porque a la mayoría de las personas les importa reciclar adecuadamente los desechos de alimentos", dijo Lacey. "Pero, en última instancia, esta investigación tiene muchas aplicaciones posibles para la seguridad nacional y un futuro con emisiones netas cero".
Más información: Hyeonseok Lee et al, Separaciones basadas en clases de sistemas mixtos sólido-líquido con lavado y extracción con solventes condensables:El dilema del reciclaje de cajas de pizza, Journal of Cleaner Production (2023). DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139080
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Idaho
