Große Mengen der von uns produzierten Lebensmittel landen nicht in unseren Mägen, sondern auf Mülldeponien, in der Kanalisation oder anderswo. Laut UN waren es im Jahr 2022 1,05 Milliarden Tonnen Lebensmittel, die als Lebensmittelabfälle endeten – das entspricht etwa 132 kg pro Kopf auf der Welt.
Milch ist eines der Lebensmittel, von denen ein erheblicher Prozentsatz verschwendet wird. Eine Studie der Universität Edinburgh zeigt, dass jeder sechste Liter der weltweit produzierten Milch verschwendet wird. Die Ursache für diese Verschwendung findet sich bereits früh im Produktionsprozess. Jeden Tag schüttet jede Molkerei auf der Welt durchschnittlich rund 10.000 Liter Milch in den Abfluss.
Diese Verschwendung passiert täglich. Nicht, weil die Milch schlecht geworden wäre – im Gegenteil, sie ist noch ganz frisch. Sie entsteht, wenn Milch zum Spülen der Leitungen verwendet wird, die die Milch durch die Produktionsanlage und in die Kartons transportieren. Auf diese Weise stellen die Molkereien sicher, dass überschüssige Reinigungsflüssigkeit, die zum Reinigen der Leitungen zwischen den Produktionsläufen verwendet wird, vollständig mit der Milch ausgespült und in die Abflüsse gelangt, bevor eine neue Produktion beginnen kann.
Im Nexus-Konsortium haben sich Forscher der DTU und drei Technologieunternehmen zusammengeschlossen, um die Steuerung der Milchproduktion – und möglicherweise auch anderer Lebensmittelproduktionen – neu zu überdenken. Gemeinsam haben sie ein ultrakompaktes optisches Spektrometer in Form eines Mikrochips entwickelt, mit dem sich die Menge an Flüssigkeit, Fett und Proteinen in den Leitungen erkennen lässt. So lässt sich feststellen, ob Milchrückstände aus einem früheren Produktionslauf oder Reinigungsprodukte vorhanden sind.
Grund, über verschüttete Milch zu weinen
Alte Milchrückstände aus einer früheren Produktion in den Leitungen sind nicht gut. Gemäß den strengen Reinigungsvorschriften der Molkereien werden alle Leitungen vor Beginn einer neuen Produktion gründlich mit Reinigungsflüssigkeit und Wasser gespült, und genau hier liegt das Problem.
Der Grund liegt darin, dass man nach der Reinigung nicht erkennen kann, ob sich noch Rückstände in den Leitungen befinden, die die neue Produktion natürlich nicht verunreinigen dürfen. Um Zweifel zu vermeiden, werden große Mengen trinkfertiger Milch durch die Leitungen in die Kanalisation geschüttet, bevor die neue Produktion beginnen kann.
Das Verfahren ist nicht nur zeitaufwendig, sondern auch kostenintensiv und klimaschädlich. In Sachen Klima gibt es eigentlich allen Grund, über verschüttete Milch zu klagen: Methan aus der Rinderproduktion ist einer der größten Klimasünder, und auch wenn Rindfleisch mit deutlich höheren Emissionen verbunden ist als Milch, zeigen Zahlen von Our World in Data, dass ein Liter Milch global durchschnittlich 3,15 kg CO2-Äquivalente ausstößt.
CO2-Äquivalente sind eine Umrechnung von Treibhausgasen in dieselbe „Währung“, damit sie vergleichbar sind. Dies ist notwendig, da es Unterschiede darin gibt, wie stark die Treibhausgase verschiedener Produkte zur globalen Erwärmung beitragen. Zum Vergleich: Zahlen von Our World in Data zeigen, dass die CO2-Äquivalente für Mandel- und Sojamilch 0,70 kg bzw. 0,98 kg pro Liter betragen.
Die 3,15 kg CO2-Äquivalente der Kuhmilch können in jeder Molkerei der Welt täglich mit 10.000 multipliziert werden, was zu enormen Treibhausgasemissionen führt, von denen wir nichts als Abfall haben.
„Wir möchten ein Produkt schaffen, das für uns und die Molkereien wirtschaftlich sinnvoll ist und das auch gut für unseren Planeten ist“, sagt Søren Stobbe, Professor an der DTU Electro und Leiter des Nexus-Projekts.
Ersatz für teure Alternativen
Schaut man in eine Molkerei, findet man in der Regel eine Anlage voller Rohre und Sensoren. Hier können die Molkereimitarbeiter die Durchflussmenge der Milch sowie Temperatur und Druck sehr genau kontrollieren. Doch wenn es darum geht, herauszufinden, was genau durch die Rohre fließt, ist das für die Molkereimitarbeiter eine viel schwierigere Aufgabe. Denn die vorhandenen Spektrometer sind einerseits sehr groß und andererseits – trotz der hohen Milchverluste – viel zu teuer, um wettbewerbsfähig zu sein.
„Die Spektrometer, die heute in den Molkereien im Einsatz sind, kosten etwa 100.000 Euro pro Stück. Man kann also nicht einfach 100 Messstellen einrichten, das ist schlicht zu teuer. Die Idee unserer Lösung besteht darin, kleine, kompakte und kostengünstige Spektrometer zu bauen, mit denen man viel mehr Messstellen einbauen kann und so sicher weiß, wann die Rohre für den nächsten Produktionsdurchlauf bereit sind“, so Stobbe.
Das neue Spektrometer basiert auf fortschrittlicher Nanotechnologie, die einzigartige Möglichkeiten zur Reduzierung von Größe und Kosten der Technologie bietet. Allerdings müssen dabei mehrere Faktoren berücksichtigt werden.
„Wir müssen unter anderem sicherstellen, dass unsere Chips keine seltenen Materialien enthalten und unter einwandfreien Bedingungen produziert werden können. Darüber hinaus muss unsere Technologie rund um die Uhr laufen können, ohne viel Energie zu verbrauchen. Wir glauben, dass dies mit unserer Lösung möglich sein wird“, sagt Stobbe.
Verbesserung der Lebensmittelsicherheit
Derzeit wird die Technologie getestet, doch das Team hat hohe Erwartungen und geht davon aus, dass die Technologie auch in anderen Bereichen nützlich sein könnte, die nichts mit Lebensmittelabfällen zu tun haben.
„Ich bin sehr optimistisch, was das Projekt angeht. Im Hinblick auf die tatsächliche Kommerzialisierung unseres Spektrometers steht im Vorfeld des Projekts noch viel Arbeit bevor. Wir haben unser Spektrometerkonzept bereits demonstriert und es funktioniert recht gut. Und glücklicherweise sieht es so aus, als ob wir die verbleibenden Herausforderungen bewältigen können“, sagt Stobbe.
Das Team hinter dem Projekt hofft, dass das optische Spektrometer in Ländern, in denen Lebensmittelsicherheit und Lebensmittelkontrolle weniger im Mittelpunkt stehen, zu einem nützlichen Instrument wird. Im schlimmsten Fall hat dies zum Verlust von Menschenleben geführt. Wir hoffen daher, dass einige dieser Länder diese deutlich günstigere Mikrochip-Lösung einsetzen werden, damit die Lebensmittelproduktion überwacht werden kann, um Zutaten zu identifizieren, die in der Produktion nichts zu suchen haben.