Quand la biomasse au quotidien produit de l’eau potable à partir de l’air ambiant

Des restes de nourriture, des branches égarées, des coquillages et bien d’autres matériaux naturels sont les ingrédients clés d’un nouveau système capable d’extraire de l’eau potable à partir de l’air libre, mis au point par des chercheurs de l’université du Texas à Austin.

Ce nouveau système d’« hydrogels de biomasse fonctionnalisés moléculairement » peut convertir une large gamme de produits naturels en sorbants, des matériaux qui absorbent les liquides. En combinant ces sorbants avec une chaleur douce, les chercheurs peuvent récolter des litres d’eau potable dans l’atmosphère, même dans des conditions de sécheresse.

« Grâce à cette avancée, nous avons créé une stratégie universelle d’ingénierie moléculaire qui permet de transformer divers matériaux naturels en absorbants très efficaces », a indiqué Guihua Yu, professeur de science des matériaux et de génie mécanique à l’Institut des matériaux du Texas de l’Université d’Austin. « Cela ouvre la voie à une toute nouvelle façon d’envisager la collecte durable de l’eau, marquant un grand pas vers des systèmes pratiques de collecte de l’eau pour les ménages et les petites communautés. »

Lors d’essais sur le terrain, les chercheurs ont produit quotidiennement 14,19 litres d’eau propre par kilogramme de sorbant. La plupart des absorbants peuvent produire entre 1 et 5 litres par kilogramme et par jour.

Selon les chercheurs, ce système représente une nouvelle façon de concevoir les absorbants. Au lieu de l’approche traditionnelle « sélectionner et combiner », qui consiste à choisir des matériaux spécifiques pour des fonctions spécifiques, cette stratégie moléculaire générale permet de transformer presque n’importe quelle biomasse en un collecteur d’eau efficace.

Contrairement aux sorbants synthétiques existants, qui utilisent des produits pétrochimiques et nécessitent généralement une grande quantité d’énergie, l’hydrogel à base de biomasse de l’équipe de l’UT Austin est biodégradable, évolutif et ne nécessite qu’une énergie minimale pour libérer l’eau. Le secret réside dans un processus d’ingénierie moléculaire en deux étapes qui confère des propriétés hygroscopiques et un comportement thermosensible à n’importe quel polysaccharide à base de biomasse, tel que la cellulose, l’amidon ou le chitosane.

« En fin de compte, l’accès à l’eau potable devrait être simple, durable et évolutif », a déclaré Weixin Guan, étudiant en doctorat et chercheur principal de l’étude. « Ce matériau nous permet d’exploiter les ressources les plus abondantes de la nature et de produire de l’eau à partir de l’air, à tout moment et en tout lieu. »

Cette dernière innovation s’inscrit dans le cadre des efforts déployés depuis des années par M. Yu pour trouver des solutions aux problèmes des personnes qui n’ont pas accès à l’eau potable. Tout au long de sa carrière, il a mis au point des hydrogels générateurs d’eau qu’il a adaptés aux conditions les plus arides. Il a récemment créé un système de filtration d’eau injectable et a appliqué sa technologie des hydrogels à l’agriculture.

L’équipe de recherche travaille actuellement à l’augmentation de la production et à la conception de systèmes d’appareils réels destinés à la commercialisation, notamment des collecteurs d’eau portables, des systèmes d’irrigation autonomes et des dispositifs d’approvisionnement d’urgence en eau potable. Depuis le début, les chercheurs se sont concentrés sur l’extensibilité et la capacité à traduire cette recherche en solutions susceptibles d’aider les populations du monde entier.

« Le plus grand défi de la collecte durable de l’eau est de développer une solution qui s’adapte efficacement et qui reste pratique en dehors du laboratoire », a conclu Yaxuan Zhao, chercheur diplômé dans le laboratoire de Yu. « Étant donné que cet hydrogel peut être fabriqué à partir de biomasse largement disponible et qu’il fonctionne avec un apport énergétique minimal, il présente un fort potentiel pour la production à grande échelle et le déploiement dans les communautés hors réseau, les efforts de secours d’urgence et les systèmes d’eau décentralisés. »

Légende illustration : Un absorbant créé à partir de la biomasse qui peut extraire de l’eau potable de l’air. Crédit : Université du Texas à Austin

Article : « Molecularly Functionalized Biomass Hydrogels for Sustainable Atmospheric Water Harvesting » – DOI : 10.1002/adma.202420319