Un imballaggio intelligente potrebbe mantenere gli alimenti al sicuro durante il trasporto

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I ricercatori della Case Western Reserve University stanno guidando lo sviluppo di un sistema di “imballaggio intelligente” per monitorare le fluttuazioni di temperatura, i cambiamenti di umidità e gli agenti patogeni nei prodotti alimentari deperibili durante il trasporto.

Il loro approccio efficiente dal punto di vista energetico può offrire una catena di approvvigionamento più conveniente per i distributori, risparmi per i produttori alimentari e cibo di qualità superiore per i consumatori.

“Se funziona bene, tutti ne trarranno beneficio”, ha affermato Chanyong (Chase) Cao, assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale e di ingegneria elettrica, informatica e dei sistemi presso la Case Western Reserve, che guida il gruppo di ricerca. “Circa un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo umano va perso o sprecato: circa 1,3 miliardi di tonnellate di cibo ogni anno. La nostra soluzione potrebbe ridurre significativamente il deterioramento, tagliare i costi e garantire la sicurezza alimentare”.

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La ricerca del team è stata recentemente pubblicata online sulla rivista Nano Energy.

Una caratteristica centrale del loro sistema è un piccolo dispositivo di monitoraggio autoalimentato costituito da sensori flessibili e un raccoglitore di energia che utilizza essiccanti – i piccoli pacchetti di pellet di gel di silice presenti negli imballaggi per assorbire l’umidità – per sfruttare e immagazzinare l’energia ambientale. In questo sistema, l'energia viene generata dalle vibrazioni del camion stesso per la consegna del cibo.

Questa energia alimenta un sistema di monitoraggio in tempo reale che fornirebbe ai produttori alimentari e al personale addetto ai trasporti dati digitali su temperatura, umidità e condizioni di deterioramento degli alimenti confezionati.

Per far sì che ciò accada, Cao e il suo team hanno ideato quello che chiamano un nanogeneratore triboelettrico basato su essiccante (D-TENG) per prolungare il tempo di utilizzo del sistema di rilevamento.

I nanogeneratori triboelettrici sono qualsiasi dispositivo di raccolta di energia che converte l’energia meccanica, spesso tra due oggetti che scivolano l’uno contro l’altro, in elettricità.

Il team ha progettato un telaio a nido d’ape in cartone per immagazzinare i materiali essiccanti, ora utilizzati anche per creare elettricità mentre rimbalzano all’interno del nido d’ape.

Cao ha affermato che mentre alcune moderne compagnie di trasporto utilizzano già sensori per registrare la temperatura, l’umidità e l’anidride carbonica, le tradizionali batterie necessarie per far funzionare tali sistemi sono costose, pesanti e possono contribuire all’inquinamento ambientale.

E molti di questi sistemi non forniscono dati in tempo reale per rilevare il deterioramento degli alimenti, ha affermato Cao. I piccoli sistemi portatili esistenti possono rilevare le condizioni ambientali solo entro un periodo molto limitato.

L'approccio del team è in linea con le soluzioni proposte dalla Banca Mondiale per lo spreco alimentare, che includono una migliore tecnologia per conservare e mantenere freschi i prodotti deperibili nella catena di approvvigionamento.

Anche se in questo progetto Cao e il suo team non hanno affrontato il modo in cui raffreddare meglio gli alimenti deperibili in transito, il primo compito sarebbe quello di identificare quando e cosa potrebbe andare storto.

Il team sta ora assemblando un prototipo funzionante; Cao ha detto che spera di aumentare la produzione e la commercializzazione nei prossimi cinque anni.

Cao e il suo team si stanno concentrando sull’individuazione e sulla prevenzione del deterioramento degli alimenti, ma ritiene che la tecnologia potrebbe offrire vantaggi anche per la spedizione dei vaccini. Il sistema potrebbe fornire ad aziende e agenzie governative informazioni accurate in tempo reale sulla temperatura di tali spedizioni critiche.

Riferimento: Pang Y, Huang Z, Fang Y, Xu X, Cao C (Chase). Verso un sistema di imballaggio intelligente integrato e autoalimentato − Nanogeneratori triboelettrici basati su essiccante. Nanoenergia. 2023;114:108659. doi: 10.1016/j.nanoen.2023.108659

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