Ananas Formosa aux Philippines. Près de trois fois plus de déchets de feuilles d'ananas sont générés pour chaque kilogramme de fruit produit. Crédit :Judgefloro
Récolte d'ananas, un fruit tropical largement cultivé, laisse des tonnes de résidus agricoles qui sont généralement brûlés ou laissés à pourrir, créant des gaz à effet de serre indésirables et d'autres polluants. Mais un nouveau procédé promet de convertir les déchets en aérogels à haute valeur ajoutée, bon marché et proprement.
Les aérogels sont parmi les matériaux solides les plus légers connus et sont créés en combinant un polymère avec un solvant pour former un gel, puis retirer le liquide du gel et le remplacer par de l'air. Ils sont extrêmement poreux et de faible densité mais restent fermes au toucher.
Duong Hai Minh, professeur au département de génie mécanique de l'Université nationale de Singapour (NUS), estime que chaque année 76,4 millions de tonnes de déchets de feuilles d'ananas sont générés. Il croit, cela pourrait libérer des produits chimiques nocifs et des gaz à effet de serre pouvant causer de graves problèmes environnementaux.
"Pour chaque kilogramme de fruit produit, près de trois fois plus de déchets de feuilles d'ananas sont générés. Les agriculteurs aux prises avec ce sous-produit volumineux et fibreux brûlent généralement, compost, ou le réutiliser comme aliments pour animaux, " dit Duong.
Lui et d'autres ingénieurs de la NUS ont publié leur étude sur la fabrication d'aérogels à partir de déchets d'ananas dans le prochain numéro de décembre du Journal of Environmental Chemical Engineering.
Aérogels commerciaux, utilisé principalement pour l'isolation thermique et phonique, sont coûteux et le processus de fabrication implique généralement la libération de niveaux toxiques de carbone, dit Duong. Son procédé utilise des fibres de feuilles d'ananas pour créer des ultra-légers, aérogels biodégradables. Ils sont efficaces comme absorbants d'huile et pour l'isolation thermique et acoustique.
« Nous avons également démontré leurs applications potentielles dans la conservation des aliments et le traitement des eaux usées - c'est un grand pas vers une agriculture et une gestion des déchets durables, " il dit.
Duong travaille sur le recyclage de différents matériaux en aérogels depuis plus d'une décennie. Il a précédemment développé et breveté des techniques de création d'aérogels à partir de vieux pneus en caoutchouc, marc de café et bouteilles en plastique.
"Notre dernier travail, fabriquer des éco-aérogels à partir de déchets agricoles et alimentaires, a débuté en août 2016 et a mis trois ans pour obtenir des résultats prometteurs, " dit Duong. " Nous avons également produit avec succès des éco-aérogels en utilisant la bagasse de canne à sucre, marc de café et gombo."
Dans le nouveau processus, les fibres d'ananas sont extraites des feuilles à l'aide d'une machine à décortiquer, puis mélangées à de l'alcool polyvinylique de réticulation (PVA) et durcies à 80 degrés Celsius pour favoriser la réticulation entre les fibres et le PVA. En moyenne, il faut 10 à 12 heures pour produire des aérogels à partir des matières premières, ce qui est beaucoup plus rapide que des processus comparables.
"Une feuille d'éco-aérogel d'un mètre carré, mesurant un centimètre d'épaisseur, coûte moins de 7 $ US à produire, et peut être vendu entre 22 $ US et 37 $ US. Une feuille d'isolation thermique fabriquée dans le commerce à l'aide d'aérogels conventionnels d'environ la même taille peut se vendre au détail pour plus de 220 $ US. »
L'équipe NUS travaille avec des partenaires pour piloter la production à grande échelle de ces éco-aérogels pour des applications à forte valeur ajoutée telles que la conservation des aliments, isolation thermique, réduction de bruit, nettoyage des déversements d'huile et masques réutilisables pour filtrer les gaz toxiques, particules de poussière et bactéries.
L'ananas est l'un des fruits les plus appréciés au monde. Les trois plus gros producteurs mondiaux sont le Costa Rica, Brésil et Philippines.
"La technologie de pointe pour convertir les résidus d'ananas de faible valeur en aérogels d'ingénierie de grande valeur pour la conservation des aliments et le traitement des eaux usées augmentera la sensibilisation des gens à la protection de l'environnement en transformant les déchets en matériaux utiles avec de nouveaux, applications intéressantes, " dit Phung Le, directeur de la raffinerie et de la pétrochimie et du Centre de recherche technologique de l'Université de technologie de Ho Chi Minh-Ville, Viêt Nam.
« Bien qu'une procédure complète de recyclage des déchets n'ait pas été élaborée de manière approfondie, c'est une étape importante vers le développement durable pour construire une réflexion créative et innovante de notre jeune génération sur l'aide à l'environnement et la préservation de la nature, " il ajoute.
Stéphane Steiner, président d'Aérogel Technologies, Boston, Masse., dit que les éco-aérogels dérivés des déchets d'ananas décrits dans l'étude montrent comment "des matériaux architecturaux à pores solides qui fournissent bon nombre des comportements fonctionnels à valeur ajoutée des aérogels traditionnels peuvent être créés à une fraction du coût".
"Un aspect particulièrement convaincant du présent travail est que non seulement les matières premières sont bon marché, ils peuvent potentiellement être obtenus à un coût négatif pour le fabricant, " dit Steiner. "Avec des avantages auxiliaires tels que le potentiel de biocompatibilité et de biodégradabilité, Les éco-aérogels de Duong offrent un potentiel pour des applications allant de l'isolation à l'emballage en passant par les technologies médicales."