Gødning gør drikkevand? En usandsynlig løsning på en global krise

Inspirationen ramte Yi Zheng på et sommerbesøg på en lokal mejerifarm. Der var køer og heste, og Zheng bemærkede, at det betød, at der var gødning overalt.

Zheng, som er lektor i maskin- og industriteknik ved Northeastern, er altid på udkig efter ideer til, hvordan man kan skabe noget funktionelt ud af naturlige materialer. Han var endnu ikke sikker på, hvilken nyttig genstand han kunne lave af gødning, men Zheng var ret sikker på, at det materiale holdt lovende. Og det ville der ikke mangle på.

Så professoren bad landmanden om en spand til at tage med tilbage til sit laboratorium. Landmanden forpligtede sig, "gratis," husker Zheng.

Samtidig undrede Zheng sig over et globalt problem:drikkevandsmangel. Omkring 1,42 milliarder mennesker bor i områder med høj eller ekstrem høj vandsårbarhed, ifølge UNICEF. Og det forventes kun at blive værre.

Som en mulig løsning har ingeniører arbejdet på at udtænke måder at forvandle havvand til ferskvand. De har fundet på nogle værktøjer til at fjerne alt det salt i en proces, der kaldes afsaltning. Afsaltningssystemer er normalt afhængige af en tynd film, der fungerer som et filter, der trækker saltet ud af havvandet, når det fordampes gennem det.

"Men det materiale er lidt dyrt at fremstille, og materialet i sig selv er ikke bæredygtigt," siger Zheng. Desuden "forbruger hele processen til vandafsaltning elektricitet."

Zheng tænkte, hvorfor kan vi ikke bare bruge sollys til at drive afsaltning?

Hans vision var ikke at installere en masse solpaneler på afsaltningsanlæg. Zheng havde snarere en mere direkte tilgang. Han ville designe et filter, der skulle placeres på havvand udendørs og aktiveres af sollys. Ingen elektricitet nødvendig.

Det er der, gyllen kommer ind.

Da Zheng tog den stinkende spand tilbage til sit laboratorium, besluttede han og hans team at varme den op til 1.700 grader Celsius (3.092 grader Fahrenheit) for at dræbe eventuelle bakterier i gyllen. Da de havde gjort det, fandt forskerne ud af, at de havde produceret en pulveriseret form for kulstof. De brugte det sorte pulver til at lave et skum, som de forvandlede til et meget absorberende materiale, der flyder på vandoverfladen. Når det blev sat i sollys, ville vandet under det sorte materiale blive til damp og passere gennem det.

Zheng havde en fornemmelse af, at den proces ville være en god afsaltningsmaskine, så han samlede noget havvand for at teste det. Indeed, when the steam from the salt water that had passed through the manure-based filter condensed back to water, it was remarkably fresh. The resulting water was so fresh, Zheng says, that its sodium concentration was significantly lower than the standards set by the U.S. Environmental Protection Agency for drinking water.

Manure isn't the only natural material Zheng and his team use to desalinate seawater in sunlight. 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."