L'ispirazione ha colpito Yi Zheng durante una visita estiva a un caseificio locale. C'erano mucche e cavalli e, notò Zheng, ciò significava che c'era letame dappertutto.

Professore associato di ingegneria meccanica e industriale alla Northeastern, Zheng è sempre alla ricerca di idee su come creare qualcosa di funzionale con materiali naturali. Non era ancora sicuro di quale oggetto utile potesse essere in grado di ricavare dal letame, ma Zheng era abbastanza sicuro che quel materiale fosse promettente. E non mancherebbe.

Allora il professore chiese al contadino un secchio da riportare nel suo laboratorio. L'agricoltore ha obbligato, "gratuitamente", ricorda Zheng.

Allo stesso tempo, Zheng si interrogava su un problema globale:la scarsità di acqua potabile. Secondo l'UNICEF, circa 1,42 miliardi di persone vivono in aree di vulnerabilità idrica alta o estremamente elevata. E si prevede solo che peggiorerà.

Come possibile soluzione, gli ingegneri hanno lavorato per escogitare modi per trasformare l'acqua di mare in acqua dolce. Hanno escogitato alcuni strumenti per rimuovere tutto quel sale in un processo chiamato desalinizzazione. I sistemi di desalinizzazione di solito si basano su un film sottile che funge da filtro che estrae il sale dall'acqua di mare quando viene evaporato attraverso di essa.

"Ma quel materiale è un po' costoso da fabbricare e il materiale stesso non è sostenibile", afferma Zheng. Inoltre, "l'intero processo di desalinizzazione dell'acqua consuma elettricità".

Zheng pensò, perché non possiamo semplicemente usare la luce solare per alimentare la desalinizzazione?

La sua visione non era quella di installare un mucchio di pannelli solari sugli impianti di desalinizzazione. Piuttosto, Zheng ha avuto un approccio più diretto. Voleva progettare un filtro che sarebbe stato posizionato sull'acqua di mare all'aperto e attivato dalla luce solare. Nessuna elettricità necessaria.

È qui che entra in gioco il letame.

Quando Zheng ha riportato il secchio puzzolente nel suo laboratorio, lui e il suo team hanno deciso di riscaldarlo fino a 1.700 gradi Celsius (3.092 gradi Fahrenheit) per uccidere i batteri nel letame. Una volta fatto ciò, i ricercatori hanno scoperto di aver prodotto una forma in polvere di carbonio. Hanno usato quella polvere nera per fare una schiuma, che hanno trasformato in un materiale altamente assorbente che galleggia sulla superficie dell'acqua. Quando viene esposta alla luce solare, l'acqua sotto il materiale nero si trasforma in vapore e lo attraversa.

Zheng aveva la sensazione che quel processo sarebbe stato un buon dissalatore, quindi ha raccolto dell'acqua dell'oceano per testarlo. Infatti, quando il vapore dell'acqua salata che era passata attraverso il filtro a base di letame si è ricondensato in acqua, era straordinariamente fresco. L'acqua risultante era così fresca, dice Zheng, che la sua concentrazione di sodio era significativamente inferiore agli standard stabiliti dall'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti per l'acqua potabile.

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."