Preliminary investigations of farm residues for the recovery by sorption of critical metals from seawater in a novel flow reactor
Cette étude démontre que les résidus agricoles, particulièrement la peau de pomme de terre, servent de biosorbants à faible coût efficaces pour la récupération de métaux critiques tels que le vanadium, le nickel et l'uranium à partir de l'eau de mer dans un nouveau réacteur à flux continu, révélant que les conditions de flux réduisent significativement l'accumulation de métaux par rapport aux systèmes statiques en raison du rôle diminué des processus biologiques et de réduction redox.
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Le monde s'oriente vers une énergie plus propre, une transition qui repose lourdement sur un ensemble spécifique de minéraux. Ces matériaux, souvent appelés métaux critiques, sont les ingrédients essentiels des batteries, de l'électronique et des machines d'un avenir à faible émission de carbone. Bien que nous les extraisions actuellement du sol, le minerai devient plus difficile à trouver et plus coûteux à extraire. Cette rareté a tourné le regard des scientifiques vers les océans. La mer est un vaste réservoir contenant des traces dissoutes de ces éléments précieux, mais les quantités sont si infimes que les capturer revient à essayer de trouver un grain de sable spécifique sur une plage. Pour rendre cela possible, les chercheurs ont besoin de matériaux capables de saisir ces métaux dans l'eau de manière efficace et peu coûteuse. Une idée prometteuse consiste à utiliser les déchets des fermes et de la transformation alimentaire — comme des épluchures de pommes de terre ou des coques de cacahuètes — comme des éponges naturelles pour extraire ces métaux de l'eau de mer.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Lancaster a décidé de tester cette idée d'une manière qui imite plus étroitement le monde réel que les tentatives précédentes. Au lieu de simplement faire tremper ces restes agricoles dans un seau d'eau de mer et d'attendre qu'ils restent immobiles, ils ont construit un système où l'eau de mer circulait en continu sur les matériaux. Ce dispositif, appelé réacteur à flux, simule le mouvement constant de l'océan, ce qui est la manière dont un tel système devrait fonctionner s'il devait un jour être utilisé à grande échelle. Ils ont testé quatre types différents de déchets : du bois de bouleau, de la poudre d'ail, des coques de cacahuètes et des épluchures de pommes de terre. L'objectif était de voir lequel de ces humbles matériaux pouvait le mieux piéger des métaux tels que l'uranium, le vanadium et le nickel au fur et à mesure que l'eau passait devant eux sur une période de vingt-huit jours.
L'expérience a révélé que tous les déchets ne se valent pas. Lorsque l'eau de mer circulait dans le système, les épluchures de pommes de terre se sont imposées comme les grandes gagnantes. Elles se sont révélées être le matériau le plus stable, conservant bien leur forme tout en extrayant avec succès l'uranium, le vanadium et le nickel de l'eau. La poudre d'ail a également montré une certaine capacité à saisir les métaux, mais elle a eu du mal à rester contenue dans le réacteur, se dispersant dans l'eau et rendant difficile la mesure de sa véritable performance. Les coques de cacahuètes et le bois de bouleau ont montré des résultats beaucoup plus faibles, certains d'entre eux relâchant même plus de métaux dans l'eau qu'ils n'en captaient. Les épluchures de pommes de terre, cependant, ont systématiquement réduit la quantité d'uranium dissous dans l'eau, prouvant qu'elles pouvaient agir comme un filtre efficace.
L'une des découvertes les plus importantes de cette étude est la différence entre la façon dont ces matériaux se comportent dans un courant mobile par rapport à un récipient immobile. Dans les expériences antérieures où l'eau était laissée immobile, les matériaux semblaient absorber les métaux très rapidement. Cependant, dans ce système à flux, la quantité de métal collectée était nettement inférieure. Cela suggère que la forte absorption observée dans l'eau stagnante n'était pas seulement due au fait que le matériau agissait comme une éponge. Au contraire, il semble que des organismes vivants, tels que de minces films de bactéries qui se développent à la surface, ainsi que des réactions chimiques dictées par l'environnement, jouaient un rôle majeur dans l'eau immobile. Lorsque l'eau était maintenue en mouvement, ces aides biologiques et chimiques étaient moins efficaces, ce qui signifie que le matériau brut lui-même n'est pas tout à fait aussi puissant que ce que l'on pensait auparavant.
Malgré la plus faible absorption dans le système à flux, les épluchures de pommes de terre ont tout de même réussi à concentrer les métaux à un degré scientifiquement intéressant. Les chercheurs ont calculé que pour qu'un matériau soit véritablement utile pour l'exploitation minière, il doit concentrer les métaux à un niveau comparable à la roche que nous creusons actuellement. Bien que les épluchures de pommes de terre n'aient pas tout à fait atteint ce seuil élevé dans ce test spécifique, elles s'en sont rapprochées plus que n'importe quel autre matériau et ont maintenu leur structure tout au long de l'expérience d'un mois. L'étude conclut que l'utilisation de déchets agricoles pour récupérer des métaux de l'océan est techniquement possible, mais qu'elle nécessite encore du travail. La conception du réacteur doit être améliorée, peut-être en modifiant la façon dont l'eau circule ou la façon dont les déchets sont maintenus, afin d'aider les matériaux à mieux fonctionner. La recherche souligne que, si la nature offre un moyen bon marché et renouvelable de rassembler ces ressources critiques, le chemin pour en faire une réalité pratique implique de comprendre la danse complexe entre l'eau, les déchets et la vie microscopique qu'ils contiennent.
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