Les bananes fraîchement achetées dans un panier de fruits plein ne restent jamais longtemps jaunes. Après quelque jours seulement, les fruits prennent une couleur brune et sont jetés plutôt que mangés. La raison de cette maturation précoce est la substance éthylène. En raison de son état gazeux agrégé, l’éthylène fonctionne non seulement comme une substance messagère dans un fruit, mais influence également les autres fruits à proximité. Ainsi, l’hormone végétale déclenche une véritable réaction en chaîne en stimulant également la production d’éthylène dans d’autres plantes et fruits. Plus d’éthylène signifie un mûrissement plus rapide. Les pommes, par exemple, qui dégagent une quantité particulièrement élevée d’éthylène, font ensuite mûrir prématurément des fruits tels que les bananes, qui sont particulièrement sensibles à cette substance. Les fruits peuvent être conservés moins longtemps, ce qui entraîne des rejets inutiles non seulement dans le réfrigérateur à la maison, mais aussi dans la chaîne d’approvisionnement, de l’importateur au commerce de gros et de détail.

Un catalyseur pour une maturation plus lente

Pour ralentir le processus de maturation, l’éthylène doit être tenu à l’écart des fruits et légumes. Huizhang Guo et Mirko Lukovic, chercheurs à l’Empa et à l’EPFZ, ont développé un concept pour décomposer l’éthylène libéré par les fruits et légumes. La base est une structure en bois «délignifié» qui est équipée d’un catalyseur à base de platine distribué au niveau atomique. Le bois se compose de trois matériaux de base: Cellulose, hémicellulose et lignine, le liant du bois. S’appuyant sur les résultats de recherches antérieures (https://www.empa. ch/de/web/s604/holz-paradox-eq66), les chercheurs ont utilisé un acide pour dissoudre à la fois la lignine et l’hémicellulose du bois. Cela rend le bois extrêmement poreux et lui donne une surface spécifique extrêmement grande. Le bois délignifié est donc le cadre naturel idéal pour le catalyseur en platine.

Dans une étape ultérieure, le bois délignifié est mis dans deux solutions différentes. La première crée la base pour que les particules de platine se fixent plus tard aux parois cellulaires du bois; la seconde contient les particules de platine, qui entrent ensuite dans la structure du bois. Le concept est similaire à celui d’un convertisseur catalytique à trois voies dans les moteurs de voiture. Si l’éthylène traverse maintenant la structure poreuse, il rencontre à plusieurs reprises les particules de platine, qui décomposent l’hormone végétale en eau et en dioxyde de carbone (CO2). L’équipe de l’Empa a pu montrer que le catalyseur décompose presque 100 pour cent de l’éthylène émis à température ambiante. Cependant, si la température tombe à 0 degré, l’eau qui en résulte ne peut plus s’évaporer et se dépose sur le catalyseur. Cela bloque le processus de conversion chimique. Pour libérer le catalyseur de l’eau et le rendre à nouveau fonctionnel, il suffit de chauffer l’ensemble de la structure pendant quelques minutes toutes les deux heures, explique M. Lukovic. Les résultats démontrent la fonctionnalité du bois délignifié équipé du catalyseur. L’étape suivante consisterait à porter le concept à l’échelle industrielle, estiment les chercheurs. De plus grands prototypes du catalyseur pourraient être installés dans des réfrigérateurs et des chambres froides, ce qui ralentirait le processus de maturation des fruits et légumes. La durée de vie d’un tel catalyseur est aussi longue que le réfrigérateur lui-même.

Pionniers déjà sur le marché

Le concept de décomposition catalytique de l’éthylène pour prolonger la durée de conservation des fruits n’est pas nouveau. Depuis 2015, l’entreprise japonaise Hitachi produit des réfrigérateurs équipés de catalyseurs en platine pour prolonger la durée de conservation des aliments. Hitachi utilise la silice comme cadre pour les nanoparticules de platine. Les chercheurs de l’Empa ont optimisé ce concept en développant un cadre à base de bois et en utilisant plus efficacement le catalyseur en platine (plutôt coûteux). Le bois délignifié est une ressource écologique et renouvelable dont la structure est remarquablement poreuse et structurée. Cela permet aux nanoparticules de platine d’une taille de 20 nanomètres d’être distribuées uniformément et efficacement dans un très petit volume pour obtenir l’effet catalytique souhaité. De plus, la technologie développée à l’Empa permet d’éviter une éventuelle contamination des aliments par des nano-/microparticules de platine en liant fermement le catalyseur à la surface de la structure poreuse du bois.