Recyclage des déchets de fruits dans un absorbeur solaire pour le dessalement de l’eau

Des scientifiques du National Institute of Education/Nanyang Technological University de Singapour ont développé une méthode pour convertir les déchets de fruits tels que les coques de noix de coco, les pelures d’orange et les pelures de banane en un absorbeur solaire en MXene pour un processus de dessalement efficace de l’eau.

Singapour produit plus de 20 000 tonnes de déchets de fruits par an, dont la majorité provient du secteur des jus de fruits, qui utilise 50 % des fruits mais rejette le reste sous forme de déchets, comme les écorces de fruits. Cela a inspiré le Dr Edison Ang. Il voit la richesse là où d’autres perçoivent les déchets puisque les déchets sont des ressources gratuites qui peuvent être utilisées pour créer des produits de valeur, comme MXene dans cet exemple.

Un type de matériau connu sous le nom de MXene possède des capacités exceptionnelles de conversion de la lumière en chaleur et peut être utilisé pour construire des alambics solaires pour le traitement de l’eau à l’aide d’une énergie solaire propre et renouvelable. Ce distillateur solaire peut être rendu portable et installé facilement dans les zones rurales avec un accès limité à l’électricité.

Les déchets de fruits ont été utilisés pour créer des matériaux MXene via un processus de carbonisation en deux étapes, et ces matériaux ont été utilisés pour créer un absorbeur solaire dans un alambic solaire pour le dessalement de l’eau. Ce travail a été présenté dans la collection thématique Jeunes Chimistes 2022 dans le Journal de chimie des matériaux A.

Les principales conclusions de l’article sont les suivantes :

• Les MXènes dérivés de déchets de fruits présentent une excellente efficacité de conversion lumière-chaleur, avec un taux de 90 %. C’est près de 30% supérieur à celui de l’absorbeur solaire commercial, ce qui signifie qu’il est plus efficace pour convertir l’énergie solaire en énergie thermique.
• L’utilisation de déchets de fruits comme source de matières premières pour la production de MXene peut réduire considérablement le coût du matériau. Dans cette étude, le matériau MXene était moins cher que les alternatives commerciales car l’une des sources de réactifs a été obtenue gratuitement à partir de déchets de fruits.
• Le prototype d’alambic solaire fait maison qui utilisait le matériau MXene a montré une amélioration significative du taux de production d’eau, avec une augmentation d’environ 50 % par rapport à l’alambic solaire existant.
• L’eau purifiée produite par le prototype d’alambic solaire fait maison était conforme à la norme d’eau potable de l’Organisation mondiale de la santé (OMS). Cela indique que l’alambic solaire à base de MXene peut produire de l’eau potable propre et sans danger pour la consommation humaine.

L’objectif principal de la recherche du Dr Edison est de développer des méthodes innovantes et rentables pour transformer les déchets organiques en matériaux utiles pour les alambics solaires qui purifient l’eau. Le graphite a été fabriqué avec succès à partir de déchets plastiques dans une étude antérieure de son équipe, et ce travail a été publié dans le Journal de chimie des matériaux A.

Les deux enquêtes ont montré que les déchets organiques peuvent être transformés en matériaux bidimensionnels (2D) avec des valeurs plus élevées comme le graphite et le MXène. De plus, sa structure en nid d’abeille distincte améliore l’efficacité de la conversion lumière-chaleur, et les couches intermédiaires de la structure 2D offrent de nombreuses voies pour une production d’eau rapide.

Le recyclage et la réutilisation des déchets organiques et leur transformation en matériaux à valeur ajoutée, tels que le carbone, peuvent atténuer les effets négatifs de la pollution par les déchets tout en réduisant le coût des matériaux MXène ou graphite et l’extraction des ressources naturelles en carbone. En conséquence, l’économie et l’environnement en bénéficieront tous deux de manière significative.

Trouver des matériaux adaptés pour des distillateurs solaires écologiques et plus efficaces est le principal défi. Habituellement, les impuretés non organiques sont mélangées aux déchets organiques. En conséquence, seuls quelques matériaux purs peuvent être produits à l’aide des technologies actuelles. Le tri des différents types de déchets nécessitera des travaux supplémentaires, tels que l’utilisation conjointe de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle pour améliorer la qualité du processus de gestion des déchets.

Les batteries Li-ion commerciales, qui sont utilisées dans tout, des smartphones aux véhicules électriques, sont connues pour être fabriquées avec du graphite comme composant clé. Les MXènes, qui sont naturellement conducteurs comme le graphite et ont une structure 2D, sont utiles pour stocker des charges dans les batteries et pourraient bientôt être utilisés dans la fabrication de batteries. Le MXene fabriqué à partir de déchets de fruits a donc des utilisations potentielles qui vont bien au-delà de la purification de l’eau.