La pénurie d'eau est un problème majeur dans le monde. "Cela touche tous les continents, " dit Amir Barati Farimani, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon. "Quatre milliards de personnes vivent dans des conditions de grave pénurie d'eau au moins un mois par an. Un demi-milliard de personnes vivent dans une grave pénurie d'eau toute l'année."

Pourtant, alors même que les gens luttent pour ne pas avoir accès à l'eau potable, il y a des océans d'eau imbuvable juste devant leurs portes. "71 % de la surface mondiale est recouverte d'eau de mer, " dit Barati Farimani. " C'est donc une contradiction très intéressante. "

Afin de lutter contre ce problème, Barati Farimani a concentré ses recherches sur le dessalement de l'eau. C'est le processus par lequel l'eau de mer salée peut être transformée en eau douce.

Il existe de nombreuses façons de dessaler l'eau, mais l'un des plus efficaces est le dessalement par membrane. Dans cette méthode, l'eau est poussée à travers une fine membrane percée de petits trous. L'eau s'écoule à travers les pores, mais les ions de sel ne peuvent pas, ne laissant que de l'eau douce de l'autre côté.

Dans ses dernières recherches, Barati Farimani explore le potentiel d'un nouveau type de membrane, appelée charpente métallo-organique (MOF). "Ces membranes sont constituées à la fois du centre métallique et d'un composé organique, " dit Barati Farimani. Le composé organique et le métal se connectent selon un schéma pentagonal, laissant un trou au centre qui sert de pore. « Si vous les regardez, ils sont comme un nid d'abeilles, ", ajoute Barati Farimani.

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles le cadre est plus efficace. D'abord, c'est incroyablement mince. C'est quelques atomes d'épaisseur, ce qui signifie qu'il y a très peu de friction lorsque les molécules d'eau traversent les pores.

En outre, le placement des pores aide à la perméation. "Lorsque vous n'avez pas de pores adjacents, il y a une énorme pression de la paroi sur les molécules, " dit Barati Farimani. Cela rend le processus de dessalement moins efficace. Pour comprendre pourquoi, imaginez simplement verser de l'eau dans un entonnoir. L'eau se déplace plus lentement à travers le trou à la fin parce qu'elle est poussée contre les murs et forcée à travers un petit espace.

Le MOF, d'autre part, a plusieurs pores adjacents. "Il n'y a pas de pression du côté du mur, " dit Barati Farimani. " Et cela leur donne cette opportunité de passer plus facilement à travers le pore. car il a plusieurs points de sortie par lesquels il peut s'échapper.

Finalement, le MOF a plus d'intégrité structurelle que d'autres matériaux. Dans la plupart des matériaux, les scientifiques doivent percer de minuscules trous afin de créer les pores nécessaires, ce qui limite la quantité qui peut être créée par surface. "Si vous voulez faire beaucoup de pores, graphène ou MoS 2 je ne peux pas faire ça, ", dit Barati Farimani. "Structurellement, ils ne peuvent pas tenir la pression."

Mais grâce à sa structure en nid d'abeille, Le MOF est intrinsèquement poreux. Cela permet un rapport plus élevé de pores par rapport à la surface. Il permet également d'économiser du temps et de l'énergie, puisque les pores n'ont pas besoin d'être percés, ou même ajusté en taille.

Les différences entre le MOF et les autres membranes typiques sont notables, à la fois en termes de vitesse de passage de l'eau et de nombre d'ions rejetés. Et c'est juste en regardant une simulation de quelques pores. Une usine de dessalement peut avoir des milliards de pores, augmentant son efficacité de façon exponentielle. "A l'échelle d'une grande opération, ce serait énorme, " dit Barati Farimani. " Même une légère augmentation de l'efficacité signifierait un énorme bond en avant. "

L'article de Barati Farimani sur ses recherches a été publié dans Lettres nano , une revue scientifique mensuelle à comité de lecture publiée par l'American Chemical Society. Il s'ajoute à une conversation croissante sur le dessalement de l'eau et représente un pas en avant important dans le domaine.

En plus du monde des universitaires, Barati Farimani espère que ses recherches pourront avoir un impact sur la vie des gens. « Nous devons fournir de l'eau douce à de nombreuses personnes défavorisées, comme en Afrique ou ailleurs, " dit-il. " Fondamentalement, c'est notre mission - le rendre si économe en énergie que nous ayons le dessalement de l'eau partout. "