Fra sydens sol, over bølgeombruste verdenshave og travle motorveje, til vitaminhungrende og købelystne mennesker i kolde lande. Frugterne har haft en lang rejse til supermarkedets grøntafdeling. Ikke alle klarer turen. Hele containere må ofte smides ud, fordi lasten er rådnet undervejs. Årsagen er den flygtige gasart ethylen.
Der skal faktisk ikke mere end et overmodent æble i en container til at fordærve de friske frugter. Ethylen produceres af de fleste planter og spiller en rolle i en lang række processer i planterne – blandt andet modningen. Når modningsprocessen går i gang, forøges produktionen af ethylen, som, i kraft af at den er en gasart, hurtigt spreder sig i rummet. Når koncentrationen af ethylen i luften stiger, så accelereres frugternes modningsproces. I en lukket container fyldt med frugter kan det let starte en uønsket kædereaktion, som ender i overmodne, værdiløse frugter.
Det bedste, man kan gøre på nuværende tidspunkt, er at lufte containerne ud, hvilket resulterer i, at containerne bliver varme, og man derfor skal bruge energi på at køle dem ned igen. Alt i alt er det dyrt, ineffektivt og skidt for miljøet.
DTU’s Center for Individuel Nanopartikel Funktionalitet (CINF) og Danmarks største producent af temperaturfølere, Kjærulf Pedersen A/S, har nu med støtte fra Højteknologifonden indgået et samarbejde om at udvikle en ethylen-controller, der vil kunne spare enorme mængder energi og spildte frugter.
Med lysets hjælp
Den optimale løsning ville være at fjerne ethylenen i stedet for at lufte containerne ud, men det har hidtil ikke været muligt. Det vil DTU og Kjærulf Pedersen A/S nu forsøge at ændre ved hjælp af en katalysator. Med sådan et stof vil man kunne fjerne ethylenen og dermed spare energi under transporten og samtidig sikre, at frugterne holder sig friske og lækre.
Det stof, som forskerholdet har i tankerne, er titandioxid, som udmærker sig ved at kunne bruge lysets fotoner til at nedbryde organiske stoffer – heriblandt gasarten ethylen. Processen kaldes fotokatalyse. Det foregår populært sagt på den måde, at titandioxid optager lysets fotoner og kvitterer ved at nedbryde ethylenen.
”Det er grundlæggende en totrinsraket, hvor lysets fotoner løsriver elektroner fra deres vante pladser i titandioxiden. Elektronerne kan så bruges til at ødelægge ethylenen,” siger Søren Dahl.
Lyset bringer med andre ord titandioxiden i en højenergi-tilstand, som kan hjælpe til at nedbryde ethylenen, og på den måde kan man undgå, at frugterne bliver overmodne under transporten.
Professor Ib Chorkendorff fotograferet i Center for Individuel Nanopartikel Funktionalitets lokaler på DTU. Foto: Thorkild Amdi Christensen
Størrelsen er gørelsen
Fotokatalyse er allerede kendt og er for eksempel blevet anvendt til at lave luftrensere:
”I Japan har man forsket meget i fotokatalysatorer, hvilket måske hænger sammen med, at folk bor meget tæt og derfor har større behov for at holde lugtniveauet nede. Man har fx lavet tapet med fotokatalysatorer og sat katalysatorer på toiletter,” forklarer Ib Chorkendorff.
Udfordringen for forskerholdet på DTU ligger i at lave en katalysator, der meget effektivt kan fjerne de få milliontedele ethylen, som får frugterne til at fordærve. Da reaktionen foregår på katalysatorens overflade, ligger nøglen i at designe den, så den fjerner mest muligt ethylen i forhold til dens masse.
”Vi vil blandt andet undersøge, om vi kan udvikle en overflade på titandioxiden, som binder ethylenen bedre og bevarer højenergi-tilstanden i længere tid,” siger Søren Dahl.
For at gøre dette vil forskerholdet både arbejde med strukturen af de enkelte nanopartikler og af den samlede overflade.
Et tæt samarbejde
Ethylen-controlleren vil, hvis alt går som forventet, være færdigudviklet om to år. Et tæt samarbejde mellem DTU, Kjærulf Pedersen A/S og de endelige kunder skal sikre, at den passer ind i de eksisterende transportsystemer, som branchen bruger.
”Kjærulf skal have præcise data på katalysatoren. De skal eksempelvis vide, hvor effektiv den er, og hvor stor luftgennemstrømning der er brug for. Med de tal kan de, i samarbejde med slutbrugerne, dimensionere ethylen-controlleren og få det hele til at spille sammen på den rigtige måde,” forklarer Søren Dahl, som er vicedirektør ved DTU Fysik.
Modsat skal Kjærulf levere data til DTU om atmosfæren i containerne, og hvor meget – eller rettere lidt – ethylen der skal fjernes. Det var Kjærulf Pedersen A/S, der tog initiativ til samarbejdet med DTU. Virksomheden manglede den nødvendige viden til at udvikle katalysatoren og var derfor på udkig efter en samarbejdspartner blandt landets universiteter:
”DTU var et af de førende inden for nanoforskningen – om ikke det bedste – og derfor valgte vi at kontakte professor Ib Chorkendorff som leder CINF,” forklarer Kristian Ehrhorn.
I fællesskab med vicedirektør Søren Dahl valgte Ib Chorkendorff at gå ind i projektet.
”Vi samarbejder med en lang række virksomheder, og ofte henvender de sig til os, fordi de ønsker en løsning på et overordnet teknologisk problem. Vi har et grundforskningscenter – men vi vil også gerne bruge den viden, som vi får herigennem, til at løse konkrete og væsentlige problemer inden for vedvarende energi og miljøbeskyttelse,” siger Ib Chorkendorff.
Indtil videre må vi dog pænt sortere de overmodne frugter fra, lufte ud og håbe på, at der ikke går ethylen i frugtkassen.