Микрочип может спасти миллионы литров молока от слива в канализацию
Согласно данным ООН, в 2022 году 1.05 миллиарда тонн продуктов питания стали пищевыми отходами — примерно 132 кг на человека в мире.
Значительный процент отходов приходится на молоко. Исследование Университета Эдинбурга показывает, что одна из шести литров произведенного в мире молока идет в отходы. Коренная причина этих потерь кроется в самом начале производственного процесса. Каждый день каждая молочная ферма в мире сливает в канализацию в среднем около 10 000 литров молока.
Это происходит ежедневно не потому, что молоко испортилось, а наоборот — оно свежее. Молоком промывают трубы, по которым оно транспортируется через производственный цех в упаковки. Так молокозаводы гарантируют, что любые остатки моющего средства, использованного для очистки труб между производственными циклами, полностью вымываются молоком в канализацию перед началом нового цикла.
В консорциуме Nexus исследователи из DTU и трех технологических компаний объединились, чтобы переосмыслить контроль за производством молока и, потенциально, других продуктов. Вместе они разработали ультракомпактный оптический спектрометр в виде микрочипа, который позволяет определять количество жидкости, жира и белков в трубах. Это дает возможность идентифицировать наличие остатков молока от предыдущего цикла производства или моющих средств.
Причина для сожаления о пролитом молоке
Наличие старых остатков молока в трубах — это плохо. Согласно строгим правилам очистки на молокозаводах, все трубы тщательно промываются моющим средством и водой перед новым производственным циклом, и здесь возникает проблема.
Причина в том, что невозможно увидеть, остались ли в трубах примеси после очистки, которые, конечно, не должны загрязнять новую партию. Чтобы исключить любые сомнения, перед началом нового цикла через трубы сливаются в канализацию большие объемы готового к употреблению молока.
Эта процедура не только затратна по времени, но и дорога, и вредна для климата. Метан от животноводства — один из главных виновников изменения климата. Хотя выбросы от производства говядины значительно выше, чем от молока, данные Our World in Data показывают, что в среднем на один литр молока в мире приходится 3.15 кг CO2-эквивалентов.
CO2-эквиваленты — это перевод парниковых газов в одну "валюту" для сравнения. Это необходимо, потому что разные парниковые газы от разных продуктов по-разному влияют на глобальное потепление. Для сравнения, CO2-эквиваленты для миндального и соевого молока составляют 0.70 кг и 0.98 кг на литр соответственно.
3.15 кг CO2-эквивалента для коровьего молока можно умножить на 10 000 для каждой молочной фермы в мире каждый день, что в сумме дает огромные выбросы парниковых газов, от которых мы получаем только отходы.
"Мы хотим создать продукт, который имеет экономический смысл для нас и молокозаводов, и который также полезен для нашей планеты", — говорит Серен Стовбе, профессор DTU Electro и руководитель проекта Nexus.
Замена дорогой альтернативы
На типичном молокозаводе множество труб и датчиков. Здесь работники могут очень точно контролировать скорость потока молока, температуру и давление. Но определить, что именно течет по трубам, — гораздо более сложная задача. Существующие спектрометры очень большие и, несмотря на высокий уровень отходов молока, слишком дорогие, чтобы быть конкурентоспособными.
"Спектрометры, которые сегодня используют молокозаводы, стоят около 100 000 евро каждый. Поэтому нельзя просто установить 100 точек измерения — это слишком дорого. Наша идея заключается в создании небольших, компактных и более дешевых спектрометров. Это означает, что можно внедрить гораздо больше точек измерения и точно знать, когда трубы готовы к следующему производственному циклу", — говорит Стовбе.
Новый спектрометр основан на передовой нанотехнологии, которая дает уникальные возможности для уменьшения размера и стоимости технологии. Однако необходимо учитывать ряд факторов.
"Среди прочего, мы должны убедиться, что наши чипы не содержат редких материалов и могут производиться в надлежащих условиях. Кроме того, наша технология должна работать круглосуточно, не потребляя много энергии. Мы считаем, что с нашим решением это будет возможно", — говорит Стовбе.
Повышение безопасности пищевых продуктов
Сейчас технология проходит испытания. Команда возлагает большие надежды и ожидает, что технология будет полезна и в других областях, не связанных с пищевыми отходами.
"Я очень оптимистично настроен в отношении проекта. Предстоит много работы по коммерциализации нашего спектрометра. Сейчас мы продемонстрировали концепцию нашего спектрометра, и она работает достаточно хорошо. И, к счастью, похоже, что мы сможем преодолеть оставшиеся проблемы", — говорит Стовбе.
Команда проекта надеется, что оптический спектрометр станет полезным инструментом в странах с менее развитым контролем за безопасностью пищевых продуктов. В худшем случае это приводило к гибели людей. Наша надежда заключается в том, что некоторые из этих стран начнут использовать это значительно более дешевое решение на микрочипах, чтобы контролировать производство продуктов питания и выявлять ингредиенты, которым не место в производстве.