Si les bananes fraîchement achetées sont stockées dans une corbeille de fruits pleine, alors ils ne resteront pas jaunes très longtemps. Quelques jours plus tard, les fruits tordus prennent une couleur brunâtre et sont plus susceptibles d'être jetés que d'être mangés. La raison de cette maturation rapide est l'éthylène chimique. L'hormone végétale gazeuse fonctionne non seulement comme une substance messagère dans un fruit individuel, mais influence également d'autres spécimens à proximité. L'éthylène déclenche une véritable réaction en chaîne en stimulant la production de (plus) d'éthylène dans d'autres plantes et fruits. Et plus d'éthylène signifie une maturation plus rapide. Par conséquent, les fruits comme les pommes qui émettent des niveaux particulièrement élevés d'éthylène provoquent un mûrissement prématuré, dire, banane, qui montre une réaction particulièrement forte en réponse à l'hormone. Lors du stockage de cette denrée alimentaire ensemble, une maturation rapide peut devenir un effet secondaire indésirable. Les fruits ne peuvent pas être conservés aussi longtemps, ce qui entraîne non seulement des pertes de nourriture à la maison dans le réfrigérateur, mais aussi dans toute la chaîne d'approvisionnement de l'importateur au commerce de gros et de détail.

Platine pour une maturation plus lente

Pour contrer le processus de maturation accéléré, l'éthylène doit être tenu à l'écart des fruits et légumes. Dans ce but, Les chercheurs Empa / ETH Zurich Huizhang Guo et Mirko Lukovic ont développé une idée pour dégrader l'éthylène libéré par les fruits et légumes. Le concept repose sur une structure en bois délignifiée enrichie d'un catalyseur dispersé au niveau atomique. Le bois se compose de trois substances de base :la cellulose, hémicellulose et lignine. Les chercheurs ont utilisé un protocole développé dans la chaire Wood Materials Science de l'ETH Zurich et de l'Empa et, à l'aide d'une solution acide, ont dissous à la fois la lignine, la substance liante du bois, et une partie des hémicelluloses. Cela rend la structure cellulosique restante extrêmement poreuse avec une très grande surface spécifique. Ces propriétés font du bois délignifié un échafaudage naturel parfait pour un catalyseur.

Dans une prochaine étape, le bois délignifié est mis dans deux solutions différentes. Le premier crée la fondation pour que les particules de platine puissent adhérer plus tard aux parois cellulaires du bois; le second contient les particules de platine, qui pénètrent ensuite dans la structure en bois.

Ce concept est similaire à celui utilisé dans les moteurs de voiture. Lorsque l'éthylène traverse cette structure poreuse, il « heurte » à plusieurs reprises le platine lié à la surface qui catalyse la dégradation de l'éthylène en eau et en dioxyde de carbone (CO 2 ). L'équipe de l'Empa a pu montrer que, à température ambiante, le catalyseur décompose la quasi-totalité de l'hormone végétale émise. Si la température descend à 0 degré, cependant, l'eau, l'un des produits de la réaction, ne peut plus s'évaporer, coller au catalyseur et empêcher toute autre réaction chimique. Pour débarrasser le catalyseur de la couche d'eau condensée et le faire fonctionner à nouveau, il suffit de réchauffer toute la structure quelques minutes toutes les deux heures, dit Lukovic.

Ces résultats démontrent la fonctionnalité du bois modifié enrichi en catalyseur. La prochaine étape serait une mise à l'échelle du concept à des niveaux industriels, disent les chercheurs. Des versions plus grandes et produites en série de leur prototype pourraient être installées dans des réfrigérateurs et des chambres froides, ralentissant ainsi le processus de maturation et gardant les fruits et légumes frais pendant une période considérablement plus longue. Quoi de plus, la durée de vie d'un tel catalyseur pourrait être aussi longue que la durée de vie du réfrigérateur lui-même.

Pionnier déjà sur le marché

Le concept de dégradation catalytique de l'éthylène pour prolonger la durée de conservation des fruits n'est pas nouveau; depuis 2015, la société japonaise Hitachi produit des réfrigérateurs équipés de catalyseurs au platine. Hitachi utilise la silice comme cadre pour les nanoparticules de platine. Les chercheurs de l'Empa ont amélioré ce concept en utilisant un échafaudage à base de bois et une utilisation plus efficace du catalyseur au platine (plutôt cher). Le bois délignifié est une ressource écologique et renouvelable avec une structure remarquablement poreuse et hiérarchisée. Cela permet à des nanoparticules de platine d'une taille de 20 nanomètres d'être réparties uniformément et efficacement dans un très petit volume afin d'obtenir l'effet catalytique souhaité. De plus, la technologie développée à l'Empa évite une contamination potentielle des denrées alimentaires par des nano/micro particules de platine en fixant le catalyseur à la surface de la structure en bois poreux.