2021未来のデザインコンテストを作成する：持続可能な技術/未来のエネルギー部門の受賞者—多機能バイオナノコンポジットフルーツコーティング

多機能バイオナノコンポジットフルーツコーティング

Sylvia Jung、Nancy Cui、Neethu Pottackal、Pulickel M. Ajayan、およびMuhammadM.Rahmanライス大学ヒューストンテキサス州

HPワークステーションの勝者

世界で生産された食料の3分の1が無駄になっている一方で、飢餓と慢性的な栄養不足は世界で8億人を超える人々に影響を与えています。これは、栽培された作物の40〜50％近くが無駄になっている新鮮な農産物で特に顕著です。この無駄を減らすことは、15％の減少でさえ、2500万人以上の人々に食事を与えることを意味する可能性があるため、大きな可能性を秘めています。

商業技術の中で、生鮮食品を保存するための最も一般的な方法はワックスがけです—脂肪酸ベースの防腐剤で人工コーティングを適用します。しかし、その洗浄性の欠如と潜在的に有毒な化合物の存在は、人間の健康と環境に悪影響を与えるリスクをもたらします。

ここで説明するソリューションは、容易に入手できる安価なまたは廃棄物の生体材料からの多機能、タンパク質ベース、コンフォーマルナノコンポジットコーティングです。コーティングは、材料の柔軟性、食用性、洗浄性、有効性、生分解性、外観など、複数の保存要件を満たす特性の組み合わせを提供します。

コーティングは主に、卵白に由来するポリ（アルブミン）タンパク質と木材パルプに由来するセルロースナノ結晶、およびその他のさまざまな生体適合性修飾剤で構成されています。その合成は、強力な食用フィルムを形成する卵白タンパク質、卵黄、およびグリセロールの組み合わせから始まります。クルクミンを追加すると、抗菌性と抗酸化性が向上し、微生物の増殖が減少し、微小環境でのガスの最適な交換が可能になり、酸素が減少し、二酸化炭素が増加して鮮度が維持されます。セルロースナノクリスタルは、水とガスの透過性をさらに低下させます。

保存研究では、購入後8〜11日後、コーティングされたサンプルが1週間以上外観と硬さを維持しながら、コーティングされていないすべての果物が酵素による褐色化と腐敗を示したことが明らかになりました。インビトロ研究により、コーティングの食用性が確認された。ワックスコーティングとは対照的に、コーティングは簡単に洗うことができ、光沢のある視覚的外観を提供します。その処理の容易さは、低コストの大量生産の可能性が高いことにつながります。

本発明は、2025年までに6億7900万ドルに達すると推定される食用包装市場の可能性を捉えることができます。有機農産物の17〜65％のプレミアムコストを軽減し、健康志向の消費者に手頃な代替品を提供する可能性があります。

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Tech Briefs Webを読む-チームの主任研究者との独占的なQ＆A。

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佳作

熱電子トランジスタ

JohnReadとDanielSweeney、Space Charge、カリフォルニア州サンディエゴ

直接的な熱から電気へのエネルギー変換は、ほぼすべての電気アプリケーションで内燃エンジンとタービンに取って代わる可能性があります。熱電子トランジスタは、電磁力を使用して、ほぼすべての環境で、ほぼすべてのフォームファクタをとることができる電気力学デバイスを作成します。

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風力タービンの空力最適化

John Maris、Marinvent Corp.、ケベック、カナダ

Enhanced Airfoil Performance Monitorは、風力タービンの各ブレードの局所的な翼型応力を直接監視し、状態をワイヤレスでリアルタイムにタービン制御ステーションに送信します。最小の気流の摂動を検出し、しきい値を超えるとアラームをトリガーします。

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リチウムイオン電極のリサイクル

Donna Baek、Tedd Lister、Luis Diaz Aldana、アイダホ国立研究所、アイダホフォールズ、ID

このプロセスは、コバルトやその他の貴重な成分をリチウムイオン電池の電極から室温で短い反応時間で浸出します。安価な材料を使用し、簡単にスケーリングでき、投入する化学物質の使用量が少なくなります。

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石炭を転用してより良い明日を創造する

PD Madden、Eco Energy International、カリフォルニア州タスティン

この技術は、炭素ベースの材料を直接純粋な水素に変換します。機器はモジュール式であるため、エンドユーザーの近くに配置できます。このプロセスは、環境に害を与えることなく、埋め立て地や石炭の燃焼から通常排出される温室効果ガスを削減します。

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今年の残りの受賞者を見る：

• グランプリ受賞者
• 航空宇宙および防衛
• 自動車/輸送
• 消費者製品のデザイン
• 電子機器/センサー/IoT
• 製造/ロボット工学/自動化
• 医療