彼女がカリフォルニアに住んでいた頃、カトリーナ・コーニッシュは、たくさんの熟したトマトを運んでいるのを見たオープントラックについて疑問に思っていました。 彼女は、なぜ底のトマトが大きな赤い水たまりに押しつぶされなかったのかと彼女は思った。
彼女が後で学ぶ理由は、トマトが丈夫な皮をもつように育てられたため、上からそのすべての重量に耐えることができたからです。
彼女がバイオマテリアル研究者であるオハイオ州立大学に移った後、その少しの知識はコーニッシュに役立つようになるでしょう。 最近、彼女と彼女の研究チームは、これらの堅いトマトの皮だけでなく、つぶされた卵殻も、車のタイヤに使用される石油ベースのフィラーの効果的な代替品になり得ることを発見しました。
「フィラーに欲しいものは本当に丈夫で強いものです」と彼女は言います。 「それがトマトの皮を見ていた理由です。」
タイヤおよびその他のゴム製品に最適なフィラーは、長い間カーボンブラックと呼ばれ、ほとんどのタイヤの30％を占める粉末カーボン製品です。 実際、多くのゴム製品が黒色である理由です。 カーボンブラックは、タイヤのゴムの耐久性を高めます。
しかし、自動車の需要が発展途上国で急速に増加しているため、供給はますます不足しています。 同時に、米国では、過剰な量の二酸化硫黄と窒素酸化物を放出する植物をEPAが取り締まったため、近年のカーボンブラックの生産量が減少しています。
これにより、米国のゴム製造業者は、常に世界の石油価格の変動の影響を受けやすい製品を海外企業に依存するようになりました。
食品廃棄物の可能性
したがって、食品廃棄物を使用して必要なカーボンブラックの量を減らすことができれば、コストを削減できます。 また、環境上の利点ももたらす可能性があります。 「これらがこうした資産である理由の1つは、サステナビリティの問題全体です」とCornish氏は言います。 「カーボンブラックは石油で作られています。 この持続不可能な材料の一部を持続可能な材料に置き換え始めることができれば、石油から私たちを引き離すのに役立ちます。」
アメリカでは明らかに食品廃棄物の不足はありません。 農務省によると、アメリカ人は年間1人あたり30ポンド以上のトマトを消費しており、そのほとんどはピザのソースなど、何らかの方法で缶詰または加工されています。 食品会社は丈夫な皮をむいて捨てます。 そして、すべてのアメリカ人は、平均して年間270個近くの卵を消費し、国内の合計は約860億個になります。 これらの卵の約40％は食品会社によって使用され、最終的には大量の割れた殻を埋め立て地に出荷します。 彼らは非常に簡単に故障しないので、彼らは長い間座っています。
「卵殻を充填材として使用することは、最終処分場で終わるよりも良い運命になると考えました」とコーニッシュは言います。 「そして、希釈フィラーではなく、非常に効果的な補強フィラーであることが判明したとき、私は非常に嬉しかったです。」
乾燥および粉砕したトマトの皮（上）と卵殻（下）は、ゴムに加える前に、粗い、中程度の、細かい粉末に加工されます。 （ケネスチェンバレン、オハイオ州立大学提供） コーニッシュが説明しているように、希釈剤フィラーは、製品に添加されるほど複合材をより弱く硬くすることができるフィラーです。 コストは削減されますが、品質も低下します。 対照的に、補強フィラーは製品の強度を向上させますが、弾性を低下させることもあります。
「しかし、これらの新しいフィラーのいくつか、卵殻とトマトの皮をカーボンブラックと組み合わせて使用すると、強度を上げることができますが、硬度の増加や弾力性の損失はありません」と彼女は言います。
言い換えれば、食品廃棄物のフィラーは、ゴムを柔軟に保ちながらゴムを強化することがわかりました。
持続可能な代替案
これまでのところ、オハイオ州のチームは、カーボンブラックと組み合わせて卵殻またはトマトの皮をテストし、従来の充填剤を交換せずに削減しました。 研究者たちは、2つの食品廃棄物をフィラーに混ぜ合わせていない。 彼らは、カーボンブラックを使用する場合と使用しない場合の2つを組み合わせると、ゴムの性能にそれぞれ固有の機械的特性がどのように影響するかを特定することに取り組んでいます。 最終的な目標は、メーカーが必要とするものに最適な結果を得るために、さまざまな組み合わせの「レシピ」を作成することです。
「カーボンブラックを単独で使用するよりも、カーボンブラックを使用するだけでさまざまな特性の組み合わせを取得できることをすでに示しました。 インテリジェントデザインの予測方法で2つを組み合わせることで、さらに進化させることができると思います」とCornish氏は言います。
カトリーナ・コーニッシュ（左）とシンディ・バレラ（右）は、粉砕したトマトの皮と卵殻、およびゴムのサンプルを検査します。 （ケネスチェンバレン、オハイオ州立大学提供） 彼女は、研究者がフォードからゴム部品に押しつぶされた卵殻を使用するプロジェクトに取り組むための助成金を受けており、別のゴムメーカーがトマトピールフィラーの使用に関心を示していることを指摘します。
研究者は、米国特許商標庁からバイオ廃棄物ゴム複合材料の特許申請に関するフィードバックを受けており、コーニッシュはまもなく再提出されると述べています。 このテクノロジーは、コーニッシュが所有するEnergyEneという会社にライセンスされています。
製品の製造に使用する自然な代替品を見つけることは、コーニッシュにとって新しいことではありません。 彼女はまた、カザフスタン原産のさまざまなタンポポがゴムの供給源として使用できるかどうかを判断するプロジェクトを監督しています。 植物の根の約10〜15パーセントは天然ゴムです。
彼女にとっての鍵は、自然界の可能性に目を向け続けることだと彼女は言います。
「私は非常に幅広い経歴を持ち、持続可能な経済に非常に興味があります。 オハイオ州では、農業は巨大な産業であり、食品加工は巨大な産業です」と彼女は指摘します。 「私は、食品加工業界に関連する非食品科学者として私ができることを検討したかった。 彼らはすべて大きな廃棄物を持っています。 廃棄物には多額の費用がかかります。 廃棄物は埋め立て地に行きます。 そこで、廃棄物とは何か、それらを使って何ができるかを評価しました。
「そして、それは見事に成功したプロジェクトであることが判明しました。 私はこれがひいきにするように聞こえたくありませんが、ほとんどの人は彼らの周りを見て、本当にそこにあるものを見ません。」
