Pour de nombreux pays parmi les plus pauvres du monde, l’une des plus grandes menaces environnementales pour la santé demeure le manque d’accès à l’eau potable.
Heureusement, les scientifiques du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, dans le Maryland, ont identifié des matériaux hautement absorbants capables d’extraire une quantité record d’eau potable à partir de rien – et cela pourrait potentiellement conduire à des technologies qui fournissent de l’eau potable dans les zones les plus sèches de la planète.
Les chercheurs – une équipe du département de recherche et de développement exploratoire de l’APL dirigée par Zhiyong Xia, Matthew Logan et Spencer Langevin – décrivent leur découverte dans le numéro de cette semaine de Scientific Reports.
Leur recherche s’appuie sur les structures organométalliques (MOF), un matériau étonnant de nouvelle génération qui possède les plus grandes surfaces connues par gramme ; un seul gramme de MOF peut absorber la valeur de matériau d’un terrain de football, si le matériau était posé en une seule couche sur le terrain.
Les cristaux en forme d’éponge peuvent être utilisés pour capturer, stocker et libérer des composés chimiques, comme l’eau, et la grande surface offre plus d’espace pour les réactions chimiques et l’adsorption des molécules.
Les MOF se sont révélés prometteurs pour la collecte de l’eau, mais peu de recherches ont été menées pour déterminer les meilleures propriétés pour une production d’eau rapide et efficace.
« Les premières expériences ont prouvé que le concept peut fonctionner », déclare Xia. «Mais le problème a été la capacité. D’autres équipes de recherche ont pu produire jusqu’à environ 1,3 litre d’eau par jour et par kilogramme de d’absorbant dans des conditions arides, ce qui suffit pour une seule personne. Pour créer un dispositif de récupération d’eau optimal, il faut une meilleure compréhension de la relation entre les propriétés de la structure et le contrôle de l’absorption et de la distribution. »
Xia et son équipe ont étudié une série de MOF, en démêlant les propriétés fondamentales des matériaux qui régissent la cinétique de la séquestration de l’eau dans cette classe de matériaux, ainsi qu’en étudiant la quantité d’eau qu’ils peuvent absorber. Ils ont également exploré l’impact potentiel de la température, de l’humidité et de l’épaisseur du lit de poudre sur le processus d’adsorption-désorption pour voir lequel atteignait les paramètres opérationnels optimaux.
« Nous avons identifié un MOF qui pourrait produire 8,66 litres d’eau par jour et par kilogramme de MOF dans des conditions idéales, soit une découverte extraordinaire », a déclaré Xia. « Cela nous aidera à approfondir notre compréhension de ces matériaux et à guider la découverte de méthodes de récupération de l’eau de nouvelle génération. »
Xia et son équipe explorent actuellement d’autres MOF avec de faibles points d’entrée d’humidité relative, des surfaces élevées et des propriétés fonctionnelles polaires pour voir comment ils fonctionnent dans des environnements très secs. Ils explorent également différentes configurations de MOF pour déterminer celles qui permettent une absorption optimale.
Les chercheurs se sont appuyés sur les efforts continus d’APL dans les méthodes de purification de l’eau. APL a développé une nouvelle façon d’éliminer de l’eau potable les substances perfluoroalkyles hautement toxiques, un groupe en constante expansion de produits chimiques manufacturés qui sont largement utilisés pour fabriquer divers types de produits de tous les jours. Un effort distinct a abouti à une méthode rentable pour éliminer les ions de métaux lourds toxiques de l’eau potable.
« Les forces et l’expertise collectives de nos scientifiques et ingénieurs dans les matériaux et la chimie ont permis à APL d’avoir un impact extraordinaire et d’inventer l’avenir de l’eau potable pour les combattants déployés, ainsi que pour les citoyens du monde entier », a déclaré Ally Bissing-Gibson, Responsable du programme Sciences Biologiques et Chimiques de l’APL. « Nous sommes impatients de sauver la planète, une goutte à la fois. »
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