Dieser 12

Nov 09, 2023

Nachdem Madison Checketts Jahr für Jahr gesehen hatte, wie ihre Lieblingsstrände durch Plastik verschmutzt wurden, beschloss sie, dass es an der Zeit sei, etwas dagegen zu unternehmen

Jacquelyne Germain

Mitarbeiter

Seit sie denken kann, liebt Madison Checketts den Strand. Doch als sie im jährlichen Familienurlaub die Küstenabschnitte rund um Escondido, Kalifornien, besuchte, fielen ihr die vielen Plastikwasserflaschen auf, die den Sand und das Meer verstopften.

„Der Strand ist einer meiner Lieblingsorte, und als ich sah, dass alles mit Plastikwasserflaschen verwüstet war, hatte ich einfach das Gefühl, dass sich das ändern musste“, sagt Checketts.

Nachdem sie mehr über die Plastikverschmutzung und Möglichkeiten zu ihrer Reduzierung erfahren hatte, entwarf sie das, was sie „Eco-Hero“ nennt. Die gallertartige Wasserflasche ist tatsächlich essbar.

Die mittlerweile 12-jährige Schülerin aus Eagle Mountain, Utah, begann im Oktober 2021 im Rahmen der Wissenschaftsmesse ihrer Grundschule mit der Arbeit an dem Projekt. Nachdem sie als eine der Schülerinnen ihrer Schule für die Teilnahme an der Wissenschaftsmesse des Schulbezirks ausgewählt wurde, gewann sie den ersten Platz auf einer staatlichen Wissenschaftsmesse, bevor sie zu einem nationalen Wettbewerb aufstieg. Im September wurde Checketts zu einem der 30 Finalisten des Broadcom Masters-Wettbewerbs 2022 ernannt, dem landesweit führenden Wettbewerb für Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik (STEM) für Mittelschüler. Dort war sie von anderen jungen Erfindern umgeben, die Projekte wie eine ferngesteuerte Roboterhand entwickelten, die bei Naturkatastrophen eingesetzt werden konnte, und eine fußgesteuerte Willkommensmatte, die drahtlos eine Tür öffnen kann, um Menschen mit Arthritis und anderen Handbeschwerden zu helfen.

Als Checketts sich in ihren frühen Recherchen fragte, was sie tun könnte, um die Welt zu einem besseren Ort zu machen, dachte sie sofort darüber nach, die Plastikverschmutzung zu reduzieren. Kunststoffprodukte wie Wasserflaschen sind als Einwegartikel konzipiert, die nach Gebrauch weggeworfen werden. Amerikaner verbrauchen jährlich mehr als 30 Milliarden Plastikwasserflaschen, wobei der überwiegende Teil nicht recycelt wird. Nach dem Wegwerfen landen Plastikwasserflaschen oft im Meer, wo mehr als 5,25 Billionen Plastikmüllstücke im Umlauf sind.

Plastikverschmutzung verwüstet die Meeresumwelt und stellt eine besondere Bedrohung für die Meeresfauna dar. Tiere wie Schildkröten – Checketts‘ Liebling – können Plastikmüll mit Beute verwechseln und ihn verschlucken, was ihren Magen verstopfen, sie krank machen und andere innere Schäden verursachen kann. Abhängig von den Umweltbedingungen und chemischen Eigenschaften können Kunststoffe auch giftige Chemikalien und Schadstoffe ins Meer gelangen lassen.

Checketts stieß auf eine Website, die sich auf die umgekehrte Sphärifizierung konzentrierte – eine Methode zum Einschließen einer Flüssigkeit in eine Gelmembran – und fragte sich, ob sie mit diesem Verfahren eine essbare Wasserflasche herstellen könnte. Die umgekehrte Sphärifizierung wurde 2005 von einem Team aus Köchen, Kreativen und Forschern des spanischen Restaurants El Bulli populär gemacht. Das Verfahren geht auf eine andere kulinarische Technik zurück, die in den 1940er Jahren entwickelt wurde und als Sphärifizierung bezeichnet wird – mit der kulinarische Köstlichkeiten wie der „Popping Boba“ in Bubble Tea kreiert werden Getränke – bei denen eine Flüssigkeit in eine halbfeste Kugel verwandelt wird. Im Vergleich zur einfachen Sphärifizierung ermöglicht die umgekehrte Sphärifizierung, dass die in der Membran eingeschlossene Flüssigkeit länger flüssig bleibt. Die Kugel selbst kann auch größer sein.

Der Ansatz von Checketts basierte auf weiteren Internetrecherchen zu Methoden der umgekehrten Sphärifizierung. Sie verließ sich auf eine chemische Reaktion zwischen zwei gängigen Lebensmittelzusatzstoffen – einem Salz namens Calciumlactat und einem natürlichen Polymer namens Natriumalginat, das in Braunalgen vorkommt. Wenn die Chemikalien miteinander vermischt werden, bilden sie eine Vernetzung, wodurch eine Gelmembran entsteht, die Flüssigkeit einfängt.

Nach einigem Ausprobieren stellte Checketts ihren endgültigen Prototyp her, indem sie Calciumlactat, Xanthangummi (ein weiterer üblicher Lebensmittelzusatzstoff und Verdickungsmittel), Zitronensaft und Wasser in einem Mixer vermischte. Sie fror die Calciumlactatlösung in einer rechteckigen Form ein und legte das gefrorene Rechteck dann in eine Natriumalginatlösung und drehte es, bis sich eine Membran zu bilden begann. Nachdem sich die Membran nach etwa sieben Minuten vollständig gebildet hatte, nahm Checketts die ovale Membran aus der Natriumalginatlösung und legte sie in ein Bad mit destilliertem Wasser, um zu verhindern, dass sich die Membran weiter bildet. Als sie die essbare Wasserflasche in einer Mischung aus Zitronensaft und Wasser im Kühlschrank stehen ließ, dauerte es etwa drei Wochen, bis die Membran platzte.

Der Eco-Hero fasst etwa drei Viertel einer Tasse Wasser und kostet in der Herstellung etwa 1,20 US-Dollar. Im Grunde beißt der Verbraucher ein Loch oben in die gallertartige Membran, trinkt das Wasser und isst dann entweder die Membran oder wirft sie weg. Der Eco-Hero ist nicht nur essbar, sondern auch biologisch abbaubar. Checketts sagt, dass das Getränk wie Wasser mit einem Hauch Zitrone schmeckt und die essbare Membran die Konsistenz eines Gummibärchens hat und leicht zitronig schmeckt, aber beim Kauen keinen Geschmack mehr hat.

„Es hat viele Versuche gekostet, die Membran so stark zu machen, dass sie mir nicht in die Hände platzt“, sagt Checketts. „Wenn ich versuchte, es aufzuheben, fiel es oft einfach auseinander, und das war eines der größten Probleme.“

Sie testete verschiedene Konzentrationen von Calciumlactat, Natriumalginat und Xanthangummi, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Die Zugabe von Xanthangummi zur Calciumlactatlösung trug dazu bei, die Membran stärker zu machen, aber sie sagt, dass die äußere Schicht und das Wasser seifig schmeckten. Um dieses Problem zu lösen, fügte sie der Calciumlactatlösung einen Teelöffel Zitronensaft hinzu, um den Geschmack zu verbessern und die Haltbarkeit zu verlängern. Die Idee, der Wasserlösung Zitronensaft hinzuzufügen und ihn als Konservierungsmittel für die Wasserflasche zu verwenden, stammte aus ihrem Wissenschaftsmesse-Projekt in der fünften Klasse, bei dem es darum ging, Erdbeeren vor Schimmel zu schützen, indem man sie mit Zitronensaft überzog.

„Sie hat gelernt, dass sich harte Arbeit auszahlt, und das habe ich bei ihr gesehen, als sie den Prozess durchlief und sie manchmal frustriert war“, sagt Checketts‘ Mutter, Missy Checketts. „Ich musste eigentlich gar nichts tun, ich musste ihr nur dabei zusehen, wie sie es immer wieder versuchte. Das Größte, was ich bei ihr sah, war, immer wieder neue Dinge auszuprobieren, und wenn es nicht funktionierte, recherchierte sie nach etwas anderem und …“ dann probier es nochmal."

Checketts ist nicht die Erste, die eine essbare Wasserflasche entwirft, und einige ihrer Vorgänger haben ihre Arbeit beeinflusst. Ein solches Produkt ist die essbare Ooho-Wasserflasche, die 2014 von den ehemaligen Designstudenten des Imperial College London, Rodrigo García González, Pierre Paslier und Guillaume Couche, entwickelt wurde. Die Designer von Ooho verwendeten eine ähnliche umgekehrte Sphärifizierungsmethode wie Checketts, entschieden sich jedoch stattdessen für die Verwendung von Calciumchlorid anstelle von Calciumlactat und verwendeten weder Zitronensaft noch Xanthangummi. Checketts ließ sich von ihrer Arbeit inspirieren, wollte aber eine essbare Wasserflasche herstellen, die größer und haltbarer war. Die Ooho-Wasserflaschen fassen etwa 50 Milliliter Wasser, während die Eco-Hero mit etwa 200 Millilitern das Vierfache fasst.

Daniel Rittschof, Umweltwissenschaftler an der Duke University, sagt, er habe mit der umgekehrten Sphärifizierungstechnologie gearbeitet, die Checketts in ihrem Projekt verwendet habe, und glaube, dass ihre Idee gut sei. „Das ist die Art von Innovation, die die Menschen machen müssen, und sie müssen herausfinden, wie sie vorankommen“, sagt Rittschof. „[Checketts] ist auf dem richtigen Weg, denn sie will etwas bewirken, und sie lernt Chemie und Biologie und ein bisschen Wirtschaft.“

Auf praktischer Ebene stellt Rittschof jedoch die Frage, ob das Design der essbaren Flasche funktionieren würde, und fügt hinzu, dass es wichtig sei zu bedenken, wie sicher es sei, den Behälter tatsächlich zu essen, welche Spurenmengen verschiedener Chemikalien in der Flasche seien und wie das Produkt funktionieren würde von einem Ort zum anderen transportiert werden, ohne zu reißen und mehr. „Aus meiner Sicht ist dies eine Idee, bei der die Grundidee, wenn man sie tatsächlich praktisch betrachtet, wahrscheinlich nicht funktionieren würde, aber das bedeutet nicht, dass man die Idee nicht weiterverfolgen könnte, bis sie funktionieren könnte“, sagt er. Bevor das Produkt verkauft oder in großem Maßstab verwendet werden könne, müssten noch einige sekundäre Probleme angegangen werden, fügt Rittschof hinzu, aber das Konzept, die Wasserflasche essen zu können, sei eine „wirklich gute Idee“.

In ihrer Freizeit spielt Checketts gerne Fußball, fertigt Schmuck, zeichnet und verbringt Zeit mit Familie und Freunden. Jetzt, als Siebtklässlerin, hofft sie, in ihren Klassen hervorragende Leistungen zu erbringen und darüber nachzudenken, im nächsten Schuljahr weiterführende Kurse zu belegen. Wenn sie erwachsen ist, möchte sie einen Weg finden, ihre Hobbys und ihr Studium zu verbinden und entweder Ingenieurin, Designerin oder Fußballspielerin zu werden.

Während Checketts über die Zukunft des Eco-Hero nachdenkt, sagt sie, dass sie weitere Tests durchführen möchte, um die Wasserflasche zu verbessern und sie wiederverschließbar, stärker und größer zu machen. Sie stellt sich vor, dass ihre Erfindung bei Marathons oder Rennen zum Einsatz kommen könnte – wenn Läufer anhalten, um Wasser zu trinken, könnten sie sich einen Eco-Hero schnappen, das Wasser trinken und die Membran entweder essen oder entsorgen, bevor sie weiterlaufen. Insgesamt hofft sie, dass der Öko-Held die Menschen dazu ermutigt, nachhaltig zu denken und zu verstehen, dass jeder die Welt zu einem besseren Ort machen kann.

„Es muss nicht unbedingt eine große Sache sein“, sagt Checketts. „[Menschen] können immer noch einen Unterschied in der Welt machen, auch wenn es nur ein kleiner Unterschied ist.“

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Jacquelyne Germain ist Reporterin und ehemalige Praktikantin für das Smithsonian Magazine.