L’albume dell’uovo può essere trasformato in un materiale capace di filtrare le microplastiche dall’acqua di mare

4 novembre 2022

di Julia Schwarz, Università di Princeton

I ricercatori della Princeton Engineering hanno trovato un modo per trasformare il cibo della colazione in un nuovo materiale in grado di rimuovere a basso costo sale e microplastiche dall’acqua di mare.

I ricercatori hanno utilizzato gli albumi per creare un aerogel, un materiale leggero e poroso che può essere utilizzato in molti tipi di applicazioni, tra cui la filtrazione dell’acqua, lo stoccaggio di energia e l’isolamento acustico e termico. Craig Arnold, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale Susan Dod Brown e vice preside dell'innovazione a Princeton, lavora con il suo laboratorio per creare nuovi materiali, inclusi gli aerogel, per applicazioni ingegneristiche.

Un giorno, durante una riunione di facoltà, ebbe un'idea.

"Ero seduto lì, fissando il pane nel mio panino", ha detto Arnold. "E ho pensato tra me e me, questo è esattamente il tipo di struttura di cui abbiamo bisogno." Così ha chiesto al suo gruppo di laboratorio di preparare diverse ricette di pane mescolato con carbonio per vedere se potevano ricreare la struttura dell'aerogel che stava cercando. Inizialmente nessuno di essi ha funzionato correttamente, quindi il team ha continuato a eliminare gli ingredienti durante i test, finché alla fine sono rimasti solo gli albumi.

"Abbiamo iniziato con un sistema più complesso", ha detto Arnold, "e abbiamo continuato a ridurre, ridurre, ridurre, finché non siamo arrivati ​​al nocciolo della questione. Erano le proteine ​​negli albumi a portare alle strutture di cui avevamo bisogno."

Gli albumi sono un sistema complesso di proteine ​​quasi pure che, quando liofilizzate e riscaldate a 900 gradi Celsius in un ambiente privo di ossigeno, creano una struttura di fili interconnessi di fibre di carbonio e fogli di grafene. In un articolo pubblicato il 24 agosto su Materials Today, Arnold e i suoi coautori hanno dimostrato che il materiale risultante può rimuovere sale e microplastiche dall’acqua di mare con un’efficienza rispettivamente del 98% e del 99%.

"Gli albumi funzionavano anche se prima venivano fritti sul fornello o montati", ha detto Sehmus Ozden, primo autore dello studio. Ozden è un ex ricercatore associato post-dottorato presso il Princeton Center for Complex Materials e ora scienziato presso l'Aramco Research Center. Mentre nei test iniziali sono stati utilizzati i normali albumi acquistati in negozio, ha detto Ozden, altre proteine ​​simili disponibili in commercio hanno prodotto gli stessi risultati.

"Le uova sono fantastiche perché tutti possiamo connetterci a loro e sono facili da ottenere, ma bisogna stare attenti a competere con il ciclo alimentare", ha detto Arnold. Poiché anche altre proteine ​​hanno funzionato, il materiale può potenzialmente essere prodotto in grandi quantità in modo relativamente economico e senza incidere sull’approvvigionamento alimentare. Un prossimo passo per i ricercatori, ha osservato Ozden, sarà il perfezionamento del processo di fabbricazione in modo che possa essere utilizzato nella purificazione dell’acqua su scala più ampia.

Se questa sfida potesse essere risolta, il materiale avrebbe vantaggi significativi perché è poco costoso da produrre, efficiente dal punto di vista energetico da utilizzare ed altamente efficace. "Il carbone attivo è uno dei materiali più economici utilizzati per la purificazione dell'acqua. Abbiamo confrontato i nostri risultati con il carbone attivo ed è molto meglio", ha affermato Ozden. Rispetto all’osmosi inversa, che richiede un notevole apporto di energia e acqua in eccesso per il funzionamento, questo processo di filtrazione richiede solo la gravità per funzionare e non spreca acqua.

Sebbene Arnold consideri la purezza dell'acqua come una "grande sfida", questa non è l'unica potenziale applicazione per questo materiale. Sta anche esplorando altri usi legati all’accumulo di energia e all’isolamento.

La ricerca ha incluso contributi dei dipartimenti di ingegneria chimica e biologica e di geoscienze di Princeton e altrove. "Una cosa è realizzare qualcosa in laboratorio", ha detto Arnold, "ed è un'altra cosa capire perché e come". Tra i collaboratori che hanno contribuito a rispondere alle domande sul perché e sul come figurano i professori Rodney Priestley e A. James Link di ingegneria chimica e biologica, che hanno contribuito a identificare il meccanismo di trasformazione delle proteine ​​dell'albume a livello molecolare. I colleghi di Princeton nel campo delle geoscienze hanno collaborato con le misurazioni della filtrazione dell'acqua.