Les métaux sont l'un des matériaux les plus utilisés dans le monde - ils sont utilisés dans les ustensiles de cuisine, outils, appareils électriques, fils électriques, puces informatiques, bijoux et ainsi de suite. Avec la demande croissante de produits métalliques, il est crucial de promouvoir des méthodes durables et respectueuses de l'environnement de recyclage des déchets métalliques pour aider à réduire l'impact environnemental de l'utilisation des métaux dans l'économie.

Les approches conventionnelles de recyclage des déchets métalliques sont énergivores et certaines de ces méthodes génèrent également des sous-produits nocifs pour l'environnement, tels que l'ammoniac et le méthane lors du recyclage de l'aluminium.

Pour relever ce défi, une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) a démontré une nouvelle technique respectueuse de l'environnement pour convertir les déchets d'aluminium et de magnésium en déchets à haute valeur ajoutée, aérogels multifonctionnels. Cette méthode de valorisation pourrait être appliquée à tous les types de déchets métalliques sous forme électrique, tels que les puces métalliques et les déchets électroniques.

"Notre approche est moins chère, ne produit aucun déchet dangereux, consomme moins d'énergie et est plus respectueux de l'environnement que les méthodes conventionnelles de recyclage des déchets métalliques. Les aérogels à base de métal créés à l'aide de notre technique de fabrication unique ont une stabilité thermique et mécanique élevée. D'où, ce sont des candidats prometteurs pour l'isolation thermique et phonique dans des environnements difficiles à haute température ou à fort impact mécanique. Nous explorons également de nouvelles utilisations pour de tels aérogels, telles que les applications biomédicales, " a expliqué le chef de l'équipe de recherche, le professeur agrégé Duong Hai-Minh, qui est du département de génie mécanique du NUS.

Cette dernière percée technologique réalisée par le professeur associé Duong et son équipe s'appuie sur leurs succès antérieurs dans le développement d'aérogels utilisant différents types de déchets tels que les plastiques, textile, papier, feuilles d'ananas et d'autres types de déchets alimentaires et agricoles.

Simple, processus de fabrication à faible coût

L'équipe NUS a développé un processus de fabrication simple pour créer des aérogels à base de métal. Les déchets métalliques sont d'abord broyés en poudre et mélangés à des agents de réticulation chimiques. Le mélange est chauffé au four, congelé puis lyophilisé pour créer l'aérogel. Le processus peut varier légèrement en fonction des déchets métalliques impliqués. En moyenne, il faut environ un à trois jours pour transformer les déchets métalliques en poudre en aérogels, par rapport à trois à sept jours en utilisant les méthodes conventionnelles de production d'aérogels.

Le processus simple signifie également que les aérogels à base de métal peuvent être produits à un coût beaucoup plus bas. En utilisant la technique développée par l'équipe NUS, un morceau d'aérogel à base de métal mesurant 1 m² et 1 cm d'épaisseur coûte moins de 10,50 S$ à produire, la moitié du prix de l'aérogel de silice disponible dans le commerce.

Aérogels à base de métal comme matériaux de construction polyvalents

Les aérogels sont très absorbants, extrêmement léger, et ils ont d'excellentes capacités d'isolation thermique et acoustique. Dans leurs travaux antérieurs, Assoc Prof Duong et son équipe ont montré que les propriétés des aérogels peuvent être modifiées en les enduisant de produits chimiques, par exemple, ils peuvent devenir hydrofuges ou résistants au feu.

Dans leur dernier ouvrage, l'équipe NUS a identifié de nouvelles applications passionnantes pour les aérogels à base de métal. Une application prometteuse est d'être utilisé comme matériaux de construction légers.

"Notre aérogel d'aluminium est 30 fois plus léger et isole 21 fois mieux de la chaleur que le béton conventionnel. Lorsque des fibres optiques sont ajoutées lors de la phase de malaxage, nous pouvons créer des aérogels d'aluminium translucides qui, comme matériaux de construction, peut améliorer l'éclairage naturel, réduire la consommation d'énergie pour l'éclairage et éclairer les zones sombres ou sans fenêtre. Le béton translucide peut également être utilisé pour construire des trottoirs et des ralentisseurs qui s'illuminent la nuit pour améliorer la sécurité des piétons et de la circulation routière, ", a ajouté le professeur Assoc Duong.

L'aérogel d'aluminium translucide créé par l'équipe NUS est six fois plus léger, six fois mieux en isolation thermique et 120 fois moins cher par rapport au béton translucide commercial (LiTraCon).

Lorsqu'il est recouvert d'un produit chimique appelé méthyltriéthoxysilane (MTEOS), les aérogels d'aluminium peuvent repousser l'eau et devenir un matériau de construction autonettoyant qui permet à la saleté ou aux débris d'être facilement lavés lorsqu'ils entrent en contact avec l'eau.

Les aérogels à base de métal conviennent également comme panneaux ignifuges, matériaux d'isolation thermique dans les bâtiments et les systèmes de tuyauterie, pour l'absorption des contaminants en suspension dans l'air pour les environnements intérieurs, et le nettoyage des déversements d'huile.

Aérogels à base de métal pour la culture cellulaire

L'équipe NUS envisage également d'utiliser des aérogels pour des applications biomédicales.

« Nous travaillons actuellement avec un partenaire commercial pour tester nos aérogels d'aluminium en tant que microsupports pour la culture cellulaire. Les microsupports sont des billes de micro-taille permettant aux cellules de s'ancrer et de croître. en utilisant une lignée cellulaire couramment utilisée pour tester des médicaments ainsi que des cosmétiques, et les résultats sont très encourageants, " a expliqué le professeur Assoc Duong.

A utiliser comme microporteurs, les aérogels d'aluminium sont broyés en poudre et ajoutés au mélange de cellules et de milieux de croissance (y compris les nutriments, antibiotiques et suppléments de croissance). Les cellules sont cultivées à 37 degrés Celsius dans un incubateur pendant 12 jours. Les microsupports sont ensuite retirés et les cellules sont récoltées pour diverses utilisations.

"Après 12 jours d'incubation, nos expériences ont obtenu un rendement de 70 %. Il s'agit de la première démonstration réussie de croissance de cellules à l'aide d'aérogels. Nous devons mener plus d'études pour optimiser les conditions de culture et répondre aux exigences de biocompatibilité. Il s'agit d'un développement passionnant qui pourrait ouvrir la porte à une utilisation plus large des aérogels pour des applications non conventionnelles telles que les tests de médicaments et de cosmétiques, développement de vaccins et ingénierie tissulaire, ", a expliqué le professeur Assoc Duong.

L'équipe NUS a récemment publié ses travaux sur la création d'aérogels à partir de déchets d'aluminium dans le Journal des cycles des matériaux et de la gestion des déchets le 22 février 2021. Le professeur associé Duong et son équipe sont également en discussion avec des partenaires industriels pour commercialiser la technologie de fabrication d'aérogels à base de métal.

Dans la phase suivante de leurs recherches, l'équipe NUS cherche également à développer des aérogels à base de métal pour des applications nécessitant une tolérance à des températures extrêmement élevées, comme pour les applications militaires.