Помело — крупный цитрусовый фрукт, часто выращиваемый в Юго-Восточной и Восточной Азии. У него очень толстая кожура, которую обычно выбрасывают, создавая большое количество пищевых отходов. В новом исследовании ученые из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США) изучают способы использования биомассы кожуры помело для создания инструментов, которые могли бы питать небольшие электрические устройства и отслеживать биомеханические движения.
Прогресс исследования
Кожура помело состоит из двух основных частей — тонкого внешнего слоя и толстого белого внутреннего слоя.
Белая часть мягкая и при нажатии на нее ощущается как губка. Некоторые люди использовали кожуру помело для извлечения соединений для получения эфирных масел или пектина, но ученые хотели воспользоваться естественной пористой, губчатой структурой кожуры.
«Если мы сможем переработать кожуру в более ценные продукты, а не просто выбрасывать ее, мы сможем не только сократить отходы от производства, потребления и производства сока помело, но и создать большую ценность из пищевых и сельскохозяйственных отходов», — сказал соавтор исследования И-Чэн Ван, доцент кафедры пищевых наук и питания человека в Колледже сельскохозяйственных, потребительских и экологических наук Иллинойсского университета.
Плод помело обычно весит от 1 до 2 килограммов. Кора составляет 30–50 процентов. этот вес.
Исследователи отделили кожуру от мякоти и удалили внешний слой. Оставшуюся толстую пористую белую кору разрезали на более мелкие кусочки и высушивали методом сублимационной сушки, чтобы сохранить ее уникальную трехмерную пористую структуру, а затем хранили в условиях различной влажности.
Проанализировав химический состав и механические свойства коры, исследовательская группа использовала ее для создания устройств, которые могут преобразовывать механическую энергию в электрическую и действовать как датчики движения на базе Kaii.
Как проходило расследование?
Эти устройства работают по принципу контактной электризации, который довольно прост и наблюдается каждый день.
Например, когда мы прикасаемся к дверной ручке зимой, мы иногда чувствуем удар током — это пример контактной электризации, когда две поверхности трутся друг о друга, создавая статическое электричество из-за передачи зарядов.
Исследователи использовали биомассу кожуры помело и пластиковую полиимидную пленку в качестве двух трибоэлектрических материалов, которые вступают в контакт при приложении внешней силы.
Они прикрепили к каждому материалу электрод из медной фольги и оценили, насколько хорошо разработанные устройства преобразовывали механическую энергию в электричество.
Используя эти устройства на основе кожуры помело, исследователи смогли включить около 20 светодиодов. Они также показали, что калькулятор или спортивные часы могут работать исключительно за счет этих механических сил, без внешней электрической энергии, если устройство интегрировано с системой управления энергопотреблением, включающей в себя накопитель энергии.
Датчики, прикрепленные к различным частям тела, могли отслеживать биомеханические движения, такие как движения суставов и особенности походки. Движения различных частей тела вызывали контактную электризацию между трибоэлектрическими слоями, генерируя определенные электрические сигналы, соответствующие различным движениям. Это открывает большой потенциал для специалистов в области здравоохранения и физической реабилитации.
«Эта работа открывает захватывающие возможности для преобразования пищевых отходов в устройства и материалы с добавленной стоимостью». Это может помочь сократить отходы и восполнить невозобновляемые ресурсы, способствуя долгосрочной устойчивости. «Мы продолжим изучать новые возможности переработки пищевых и сельскохозяйственных отходов», — сказал YC Wang.