Kinetyka suszenia, zużycie energii, analiza ekonomiczna i środowiskowa suszenia skórki granatu za pomocą hybrydowej suszarki solarnej w porównaniu z suszarką piekarnikową

Przekształcanie odpadów owocowych w użyteczny skarb

Sok z granatu jest popularny na całym świecie, ale niemal połowa każdego owocu — głównie skórka — zwykle trafia na odpady. Ta skórka jest w rzeczywistości bogata w naturalne związki, które można wykorzystać w żywności, medycynie i kosmetyce. Wyzwanie polega na tym, jak ją bezpiecznie i tanio wysuszyć, nie marnując prądu ani nie szkodząc środowisku. W badaniu oceniono inteligentne rozwiązanie wykorzystujące energię słoneczną, porównując nową hybrydową suszarkę solarną ze standardowym piekarnikiem elektrycznym, aby sprawdzić, która metoda suszy skórki granatu lepiej, taniej i z mniejszym śladem węglowym.

Mądrzejsze wykorzystanie światła słonecznego

Rdzeniem pracy jest hybrydowa suszarka słoneczna pośrednia, urządzenie wielkości szafki, które wykorzystuje światło słoneczne jako główne źródło ciepła, ale zawiera też mały grzejnik elektryczny i wentylatory jako wsparcie i do kontroli. Światło słoneczne ogrzewa powietrze wewnątrz płaskiego metalowego kolektora; wentylatory wtłaczają to gorące powietrze do izolowanej komory suszącej, gdzie skórki granatu układa się cienkimi warstwami na obracanych tacach, aby zapewnić równomierne naświetlenie. Jednostka sterująca utrzymuje ustawioną temperaturę i wilgotność powietrza, dzięki czemu proces pozostaje stabilny nawet przy zmiennych warunkach na zewnątrz. Badacze testowali trzy temperatury suszenia — 50, 60 i 70 °C — oraz trzy grubości warstwy skórki — 1, 2 i 3 cm — a następnie porównali wyniki z konwencjonalnym piekarnikiem elektrycznym pracującym przy tych samych temperaturach i grubościach.

Jak szybko skórki tracą wodę

Świeże skórki granatu mają bardzo wysoką wilgotność, około trzech czwartych masy stanowi woda. Zarówno suszarka solarna, jak i piekarnik były w stanie doprowadzić to do bardzo suchego końcowego stanu około 2–3% wody, co jest wystarczające do bezpiecznego przechowywania i późniejszego przetwarzania. Jak można było oczekiwać, wyższe temperatury suszenia przyspieszały utratę wody, a grubsze warstwy zwykle wykazywały wyższe chwilowe szybkości suszenia, ponieważ zawierały więcej wody do usunięcia. W obu systemach tempo suszenia osiągało szczyt we wczesnej fazie — gdy woda wolna łatwo ucieka — a następnie spadało, gdy skórki stawały się suchsze i woda musiała przemieszczać się z głębszych warstw tkanki. Przy 70 °C i grubości 3 cm hybrydowa suszarka solarna osiągnęła szczytową szybkość suszenia około 196 kilogramów wody usuniętej na kilogram suchej substancji na godzinę, nieco wyższą niż piekarnik w podobnych warunkach.

Zmniejszanie zużycia prądu i emisji CO2

Chociaż oba systemy wytworzyły podobnie suche skórki, ich zużycie energii było znacznie różne. Tradycyjny piekarnik opierał się wyłącznie na energii elektrycznej, podczas gdy hybrydowa suszarka solarna korzystała z mieszanki ciepła słonecznego i mniejszej ilości zasilania elektrycznego. W rezultacie system solarny zmniejszył zużycie energii elektrycznej o około dwie trzecie do trzech czwartych w porównaniu z piekarnikiem, w zależności od temperatury i grubości warstwy. Na przykład w najbardziej wymagającym warunku (50 °C i warstwa 1 cm) piekarnik zużywał około 7 769 watów na kilogram skórek, podczas gdy suszarka hybrydowa używała tylko około 2 116 watów na kilogram. W ciągu całego okresu eksploatacji konstrukcja suszarki solarnej wymagała około 1 270 kilowatogodzin „energetycznego wkładu” (embodied energy), ale jej roczna praca zaoszczędziła tyle energii z paliw kopalnych, że okres zwrotu energetycznego wynosił tylko około 2,4 do 6,3 lat — znacznie poniżej założonej 30‑letniej żywotności. Przekładało się to na szacowane uniknięcie emisji dwutlenku węgla w wysokości 75,5 tony oraz na wartość potencjalnych kredytów węglowych wynoszącą od kilkuset do ponad dwóch tysięcy dolarów amerykańskich w ciągu jego życia.

Liczenie kosztów dla rolników i przemysłu

Zespół przyjrzał się też pieniądzom, nie tylko energii. Suszarka hybrydowa jest celowo prosta w budowie, wykorzystując drewnianą ramę, podstawową izolację, standardowy grzejnik i mały wentylator, dzięki czemu koszt zakupu utrzymano na poziomie około 200 dolarów USA — znacznie mniej niż wiele suszarek przemysłowych. Po uwzględnieniu inwestycji, konserwacji i kosztów energii okazało się, że suszenie skórek granatu w suszarce solarnej może kosztować zaledwie około 144,5 dolara USA za tonę, szczególnie przy pracy w 70 °C z warstwą 1 cm. Taki układ suszy szybko, co oznacza, że można przetworzyć więcej ton skórek rocznie, rozkładając koszty stałe na większą produkcję. W wielu przypadkach hybrydowa suszarka była tańsza w eksploatacji za tonę niż piekarnik, przy jednoczesnym mniejszym zużyciu energii z sieci.

Dlaczego to ma znaczenie w codziennym życiu

Dla laika wniosek jest prosty: zamiast wyrzucać skórki granatu, możemy efektywnie je suszyć przy użyciu słońca i przemienić w składniki do zdrowszych produktów spożywczych, suplementów i kosmetyków. Badanie pokazuje, że stosunkowo tania hybrydowa suszarka solarna może zapewnić dobre parametry suszenia, znacząco obniżyć zużycie energii elektrycznej i zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych w porównaniu ze zwykłym piekarnikiem. Przy krótkim okresie zwrotu energii i niższych kosztach eksploatacji takie systemy mogą pomóc rolnikom, małym przetwórcom i społecznościom wiejskim dodać wartość do rolniczych „odpadów”, poprawić dochody i jednocześnie wspierać klimatycznie przyjazną produkcję żywności.

Cytowanie: Metwally, K.A., Khater, ES.G., Bahnasawy, A.H. et al. Drying kinetics, power consumption, economic and environmental analysis of pomegranate peels drying using a hybrid solar dryer compared with oven dryer. Sci Rep 16, 7395 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-22464-7

Słowa kluczowe: suszenie słoneczne, skórka granatu, waloryzacja odpadów spożywczych, energia odnawialna, suszak hybrydowy