Une série de tempêtes au Texas ces dernières années – de l’ouragan Harvey en 2017 au gel profond en 2021 – a mis en danger de grandes parties de la population et laissé des millions de personnes sans électricité ni eau pendant de longues périodes.
Ces calamités ont également motivé une chercheuse de l’Université du Texas à Austin à recentrer son travail sur les innovations qui peuvent aider les communautés à réagir aux phénomènes météorologiques violents. Son dernier projet est un appareil de la taille d’une tasse qui peut nettoyer rapidement l’eau en utilisant une petite secousse d’électricité pour repêcher les cellules bactériennes. Lors d’expériences en laboratoire, l’appareil a pu éliminer 99,997 % des bactéries E. coli d’échantillons de 2 à 3 onces prélevés à Waller Creek à Austin en environ 20 minutes, avec la capacité de faire plus.
« Nous sommes capables de nettoyer l’eau en utilisant très peu d’énergie parce que nous dirigeons les cellules bactériennes avec des champs électriques, et la plupart des cellules bactériennes sont des nageurs naturels qui se propulsent vers des électrodes et sont capturés vivants », a déclaré D. Emma Fan, professeur agrégé au Le département de génie mécanique de la Cockrell School of Engineering, qui a dirigé la recherche publiée récemment dans ACS Nano.
La clé de l’appareil est une électrode « ramifiée » que l’équipe de recherche a précédemment créée. La structure de l’électrode brevetée est basée sur un système racinaire dans un arbre avec des branches se déplaçant dans plusieurs directions.
Lorsqu’il est électrifié, l’appareil crée un champ vers lequel les cellules E. coli sont attirées. Ils « nagent » volontiers dans les branches des électrodes.
L’électrode est en mousse de graphite, compatible et durable dans les champs électriques, et peut fonctionner en continu pendant de nombreuses heures. En plus de son efficacité, l’appareil est peu coûteux – il en coûte moins de 2 $ pour créer l’électrode enrobée de mousse.
Il est également simple à utiliser. Tout d’abord, plongez la tasse remplie d’électrodes dans l’eau. Ensuite, donnez-lui une secousse électrique, attendez et laissez les électrodes pêcher les bactéries. Ensuite, attendez et retirez l’eau, qui est maintenant potable.
Les chercheurs étudient maintenant les moyens de le commercialiser et souhaitent ensuite rationaliser la conception de la tasse. Celui utilisé pour nettoyer l’eau de Waller Creek est un prototype imprimé en 3D. L’équipe souhaite simplifier davantage le processus d’insertion et de retrait des électrodes.
Parmi les différentes méthodes actuelles de filtration simple et commerciale de l’eau, chacune présente un défaut important. Les pilules désinfectantes peuvent libérer des oxydants qui peuvent être nocifs en cas d’ingestion. Les systèmes d’osmose inverse nécessitent une pression d’eau élevée et la vapeur solaire a besoin d’un ensoleillement constant, ce qui n’est pas fiable en cas de catastrophe naturelle.
De plus, l’utilisation de l’énergie électrique permet une intégration avec des batteries pour les énergies stockées et peut être facilement utilisée à la maison, au bureau ou dans une voiture. Le coût de l’énergie est également bien inférieur à celui de diverses technologies émergentes, par exemple, un millième de celui de la vapeur solaire.
L’électrode utilisée dans l’appareil a été créée à l’origine pour les supercondensateurs. Les estimations que la population du Texas doublerait d’ici 2050 et le besoin de recherche pour aborder la résilience après que Harvey ait motivé Fan à concentrer son travail sur les catastrophes naturelles.
Dans le cas d’une panne de courant ou d’un avis d’ébullition de l’eau, une personne qui possédait un appareil doté de cette technologie pouvait conduire jusqu’à un ruisseau ou un ruisseau, le brancher à la batterie de la voiture via un simple convertisseur CC-CA et purifier l’eau. ramener à la maison comme approvisionnement en eau potable. Il peut également être alimenté à l’aide de panneaux solaires avec le même principe.
« Lorsque notre infrastructure d’eau est en panne – pas d’eau, pas de gaz et pas d’électricité – nous avons besoin de dispositifs de point d’utilisation pour nettoyer l’eau que nous pouvons sortir des étangs, des ruisseaux ou des rivières », a déclaré Fan. « Nous pensons que notre appareil pourra un jour répondre à ce besoin. »
Plus d’information:
Xianfu Luo et al, Portable Bulk-Water Disinfection by Live Capture of Bacteria with Divergently Branched Porous Graphite in Electric Fields, ACS Nano (2023). DOI : 10.1021/acsnano.2c12229