Yi Zheng, professeur agrégé de génie mécanique et industriel à Northeastern, détient un échantillon de filtre de dessalement fait de fumier de vache et un autre fait de nids de frelons dans son laboratoire du Mugar Life Sciences Building. Crédit :Alyssa Stone/Northeastern University
L'inspiration a frappé Yi Zheng lors d'une visite estivale dans une ferme laitière locale. Il y avait des vaches et des chevaux et, remarqua Zheng, cela signifiait qu'il y avait du fumier partout.
Professeur agrégé de génie mécanique et industriel à Northeastern, Zheng est toujours à la recherche d'idées pour créer quelque chose de fonctionnel à partir de matériaux naturels. Il n'était pas encore sûr de l'objet utile qu'il pourrait fabriquer à partir du fumier, mais Zheng était à peu près sûr que ce matériau était prometteur. Et il n'y en aurait pas de pénurie.
Alors le professeur a demandé au fermier un seau à rapporter à son laboratoire. L'agriculteur a accepté, "gratuitement", se souvient Zheng.
Au même moment, Zheng s'interrogeait sur un problème mondial :la pénurie d'eau potable. Selon l'UNICEF, quelque 1,42 milliard de personnes vivent dans des zones où la vulnérabilité à l'eau est élevée ou extrêmement élevée. Et cela ne devrait qu'empirer.
Comme solution possible, les ingénieurs ont travaillé pour trouver des moyens de transformer l'eau de mer en eau douce. Ils ont mis au point des outils pour éliminer tout ce sel dans un processus appelé dessalement. Les systèmes de dessalement reposent généralement sur un film mince qui sert de filtre qui extrait le sel de l'eau de mer lorsqu'il s'évapore à travers elle.
Le professeur Yi Zheng effectue des travaux de biomasse pour le dessalement solaire dans son laboratoire du bâtiment des sciences de la vie de Mugar le mercredi 14 octobre 2021. Zheng utilise des déchets agricoles tels que des nids de frelons, du fumier de bétail ou des feuilles de chêne/érable mélangés à l'océan déchets et déchets de bureau pour fonctionner comme des évaporateurs photothermiques pour le traitement des eaux océaniques. Crédit :Alyssa Stone/Northeastern University
"Mais ce matériau est un peu cher à fabriquer, et le matériau lui-même n'est pas durable", a déclaré Zheng. De plus, "l'ensemble du processus de dessalement de l'eau consomme de l'électricité."
Zheng pensa, pourquoi ne pouvons-nous pas simplement utiliser la lumière du soleil pour alimenter le dessalement ?
Sa vision n'était pas d'installer un tas de panneaux solaires sur des usines de dessalement. Au contraire, Zheng avait une approche plus directe. Il voulait concevoir un filtre qui serait placé sur l'eau de mer à l'extérieur et activé par la lumière du soleil. Pas d'électricité nécessaire.
C'est là que le fumier entre en jeu.
Lorsque Zheng a ramené le seau puant dans son laboratoire, lui et son équipe ont décidé de le chauffer à 1 700 degrés Celsius (3 092 degrés Fahrenheit) afin de tuer toutes les bactéries présentes dans le fumier. Une fois cela fait, les chercheurs ont découvert qu'ils avaient produit une forme de poudre de carbone. Ils ont utilisé cette poudre noire pour fabriquer une mousse, qu'ils ont transformée en un matériau très absorbant qui flotte à la surface de l'eau. Lorsqu'elle était exposée à la lumière du soleil, l'eau sous le matériau noir se transformait en vapeur et la traversait.
Yi Zheng, professeur agrégé de génie mécanique et industriel à Northeastern, examine un nid de frelons pour son projet de dessalement dans son laboratoire du Mugar Life Sciences Building. Crédit :Alyssa Stone/Northeastern University
Zheng avait l'intuition que ce processus serait un bon dessalinisateur, alors il a recueilli de l'eau de mer pour le tester. En effet, lorsque la vapeur de l'eau salée qui avait traversé le filtre à base de fumier se recondensait en eau, elle était remarquablement fraîche. L'eau résultante était si fraîche, dit Zheng, que sa concentration en sodium était nettement inférieure aux normes établies par l'Agence américaine de protection de l'environnement pour l'eau potable.
Le fumier n'est pas le seul matériau naturel que Zheng et son équipe utilisent pour dessaler l'eau de mer au soleil. Other materials they have used to make a solar energy-triggered carbon filter have included tree leaves, cuttlefish ink, crab and lobster shells, hornet nests, and office paper waste. Their approach is described in a series of recent publications in the journals Cell Reports Physical Science , ACS Applied Materials &Interfaces , ACS Omega , Nanoscale and the Journal of Materials Chemistry A .
"The materials we use are totally natural, sustainable," Zheng says. "This natural material performs well, and is low-cost, easy to obtain, and easy to manufacture."
That means this technology could empower local communities to build their own desalination systems, which could be important to move toward equitable access to drinking water around the world, Zheng says. "You cannot simply set a nanofabrication facility in a local village or a town, but people can simply collect the manure from a local farm and burn it easily. So the use of manure and tree leaves makes it really easy to access."
