研究人员一次一片地解决披萨盒回收挑战

据专家称，大约4300万美国人每天至少吃一片披萨。这种热气腾腾的意大利风味菜肴每年为美国经济贡献高达470亿美元，其中约三分之一的馅饼是装在瓦楞纸板箱中运送到目的地的。

即使没有用于餐厅剩菜的容器，披萨盒也有很多。

不幸的是，与许多其他类型的食品容器一样，披萨盒无法回收，因为留下了所有污染物，如油脂和奶酪。

披萨储存过程中特有的污染物被称为FOG，代表脂肪、油和油脂。像罐子里的花生酱或纸板披萨盒上的油脂这样的雾气几乎不可能完全去除。

现在，爱达荷国家实验室(INL)热爱披萨的研究人员正在努力解决披萨盒的回收问题。最近的一项研究展示了如何利用材料分离功能来净化纸板。该研究发表在《清洁生产杂志》上。

这项研究不仅可以使美国人最喜欢的食物之一更加环保，还可以挽救美国士兵的生命。

从披萨盒中分离油脂、奶酪和其他污染物的努力源于与国防高级研究计划局(DARPA)资源计划相关的一个研究项目。ReSource旨在将战士废物(包括普通塑料)转化为可食用的大量营养素和其他有用的物品。在战场上，每次向部队运送物资都会使人员面临危险，因为补给供应可能与前线一样容易受到敌人的攻击。如果军事基地能够将废物转化为燃料等可用资源，那么这些危险的供应运行就可以减少。

“材料分离对于减少能源和国防工业的浪费非常重要，”披萨盒实验的首席研究员亚伦·威尔逊说。“为了使特定的分离成为可能，我们需要首先证明材料分离的整体概念，这就是这项研究所完成的。”

因此，威尔逊和他的团队着手证明更广泛的分离概念，以实现战士废物项目的成功。

从纸板中取出奶酪：披萨盒实验

威尔逊和他的团队使用二甲醚(DME)(一种用于制冷过程的环保化学品)和大量披萨创建了一个实验系统。该系统具有两个立式不锈钢反应器，一个用于使用溶剂从固体中去除液体，另一个用于从液体中去除溶剂。储罐将溶剂隔离开，直到实验开始。

该团队将他们想要清洁的物品(在本例中是受污染的纸板箱的碎片)装入第一个反应器，然后添加溶剂。然后，他们将溶剂与纸板箱混合，引发化学反应，将污染物从纸板中吸出。

一旦纸板被清洁，溶剂就被排入下部反应器中。该团队利用真空将DME溶剂从反应器中通过管道吸入，然后将其泵入储罐或泵回第一个气缸以清洁更多材料。此时，FOG污染物、水和盐在第二反应器的底部浓缩为结晶固体。FOG和水相部分从这些固体中分离出来，并且可以轻松收集。

“通过反应器工艺，我们能够将污染物提取成单独的部分，”威尔逊说。“我们有一种以油为主的馏分，一种以水为主的馏分，一种以干燥剂固体为主的馏分。”

为什么选择二甲醚萃取?

这种提取工艺是对普通水洗方法的重大改进。正如威尔逊所描述的，水洗非常类似于将需要清洁的废物浸泡在洗碗机中，然后以高能源成本干燥材料。这种处理方式会产生大量废水，通常相当于清洁材料的体积。

废水含有多种污染物。回收大量废水并回收污染物进行处置是一个非常复杂的过程，因此不存在好的选择。

相比之下，DME提取过程在闭环中运行，回收DME溶液以清洁新的废物。该过程可以扩展到任何规模。

从披萨晚餐到战场：下一步是什么?

披萨盒清洁案例研究的成功可以使未来将废物转化为可重复使用材料的项目成为可能，包括重新利用军事废物的项目。

DARPA项目首席研究员杰夫·莱西(JeffLacey)表示：“知道该系统适用于高度污染的披萨盒，有助于验证该系统在战场上的使用。”“现在最大的挑战是让系统变得更轻。”

由于大多数军用货物必须运输到海外并穿越崎岖的地形，因此轻型系统至关重要。莱西和他的团队已经开始确定可以消除或更换的组件，以减轻反应堆系统的重量。一些最重的部件是DME储罐和两个反应堆容器的泵。

研究人员正在评估更轻的部件，包括通常用于空调的溶剂回收泵，其重量为25磅，而最初实验中使用的泵重120磅。Lacey的团队还在探索由犹他州布里格姆市一家公司设计供NASA使用的碳纤维压力容器，该容器可将反应堆容器的重量从60磅减少到5磅。

溶剂萃取过程也可能对回收电池有用。它可以通过将液体中间体与固体分离来实现更有效的电池废物处理。最终，该项目有助于循环经济的可持续理念，因为用于提取一定量废物的所有材料都可以在下一个废物提取过程中重复使用。

“INL从这个披萨盒案例研究开始，因为大多数人关心正确回收食物垃圾，”莱西说。“但最终，这项研究对于国家安全和净零未来有很多可能的应用。”