Tre inventori, scarti alimentari e acqua filtrata in modo sostenibile
I vincitori dello Stockholm Junior Water Prize di quest’anno hanno sviluppato un metodo più sostenibile per produrre un materiale utilizzato nei filtri dell’acqua. Sfruttando le bucce di durian e gli scarti della canna da zucchero, Caleb Liow Jia Le (a sinistra nella foto), Johnny Xiao Hong Yu (a destra) e Ho Shane hanno ideato un metodo più sicuro per creare l’ossido di grafene ridotto. Ecco come.
I tre studenti sedicenni frequentano la quarta del liceo scientifico a Singapore e si sono aggiudicati il prestigioso premio con il loro progetto: “Una sintesi innovativa ed ecologica dell’ossido di grafene ridotto (rGO) dagli scarti di durian e dalla bagassa di canna da zucchero per filtri dell’acqua”.
Potreste descriverci il vostro progetto?
Caleb: Per il nostro progetto, abbiamo deciso di utilizzare due dei tipi di scarti alimentari più comuni a Singapore. Il durian è un frutto spinoso. La parte gialla del frutto viene mangiata, mentre la buccia viene gettata e noi abbiamo deciso di utilizzare proprio questa parte. Inoltre, abbiamo utilizzato la bagassa di canna da zucchero, cioè la fibra residua dalla spremitura, trasformando questi scarti in un materiale denominato “ossido di grafene ridotto”.
Johnny: L’ossido di grafene ridotto è in grado di eliminare i metalli pesanti e i coloranti organici dall’acqua e può quindi essere utilizzato nei filtri per la depurazione dell’acqua.
Dove avete tratto l’ispirazione per questo progetto?
Caleb: Tutti noi produciamo numerosi tipi di rifiuti differenti, dall’elettronica alla plastica e agli scarti alimentari. La nostra idea era trasformare questi rifiuti, che normalmente vengono smaltiti, in qualcosa di potenzialmente utile per la comunità e la qualità della vita in generale.
Johnny: Sono un grande appassionato di chimica e di conseguenza cerco sempre di applicarla per trovare una soluzione ai problemi di tutti i giorni, in questo caso creando nuove sostanze in grado di risolvere le problematiche della comunità.
Qual è il metodo tradizionale di produzione dell’ossido di grafene ridotto?
Johnny: Attualmente viene utilizzato un processo denominato metodo Hummers, sviluppato nel 1958, che tuttavia comporta l’uso di diverse sostanze chimiche e composti tossici ed è estremamente complesso. Al contrario, per il nostro metodo vengono utilizzati unicamente gli scarti alimentari.
Quanto è diffuso l’utilizzo dell’ossido di grafene nel mondo?
Caleb: In realtà, l’ossido di grafene ridotto è un materiale estremamente versatile e, grazie alla sua conduttività, è largamente utilizzato in elettronica. Poiché presenta una struttura simile a quella del grafene, è anche un ottimo elettroconduttore. Tuttavia, grazie alle sue proprietà ottimali, lentamente sta iniziando ad essere impiegato anche nel campo della depurazione dell’acqua.
Siete riusciti a realizzare un filtro dell’acqua con il vostro materiale?
Johnny: Sì, abbiamo realizzato due tipi differenti di filtri. L’ossido di grafene ridotto è una polvere nera, simile al carbone attivo. Noi abbiamo deciso di rivestire un foglio di carta filtrante di estere di cellulosa con questa polvere, in modo che fungesse da filtro. La seconda tipologia che abbiamo realizzato è un filtro a colonna di tipo più tradizionale, in cui abbiamo inserito l’ossido di grafene ridotto in polvere all’interno di una colonna. Entrambi i tipi di filtri sono riusciti a trattenere oltre il 95% dei metalli pesanti e dei coloranti organici, un risultato paragonabile a quello del carbone attivo.
Potrebbero essere utilizzati anche altri tipi di rifiuti organici per il vostro processo?
Caleb: Sia le bucce di durian che la bagassa di canna da zucchero contengono molta cellulosa e di conseguenza sono ideali per il nostro processo di sintesi. Per sintetizzare l’ossido di grafene ridotto con il nostro metodo, abbiamo carbonizzato e ossidato la cellulosa in un forno, quindi abbiamo aggiunto un riducente per ottenere l’ossido di grafene ridotto. Per questo motivo, teoricamente potrebbero essere utilizzati anche altri frutti contenenti cellulosa.
Quali sono le maggiori problematiche di natura idrica a Singapore?
Johnny: Per l’approvvigionamento dell’acqua, Singapore si affida essenzialmente a quattro fonti: la raccolta dell’acqua in cisterne, la desalinizzazione, in quanto siamo circondati dal mare, la NEWater, cioè la nostra forma di acqua di riciclo, e infine l’acqua che importiamo dalle aree limitrofe.
Tuttavia, attualmente, Singapore è ancora piuttosto dipendente dall’importazione d’acqua. La maggiore problematica della città è quindi diventare più autosufficiente, ad es. riducendo i costi di desalinizzazione e riciclo dell’acqua e individuando nuovi modi per soddisfare il proprio fabbisogno di acqua dolce. Il nostro progetto rientra nel campo del trattamento e del riciclo dell’acqua.
Poiché a Singapore l’acqua è una risorsa piuttosto limitata, ritenete che le persone siano più sensibili in merito al consumo d’acqua?
Johnny: Molti di noi danno ancora l’acqua per scontata, perché è sufficiente aprire il rubinetto e bere, ma recentemente abbiamo assistito a un considerevole aumento delle imposte sull’acqua e di conseguenza è aumentata anche l’attenzione nei confronti di questa risorsa.
Caleb: Le imposte sull’acqua non venivano aumentate da tempo, e molti non hanno ancora compreso perché è accaduto.
In quanti a Singapore sono a conoscenza del piano di ricircolo dell’acqua NEWater?
Johnny: In molti, perché i residenti sanno che si tratta di acque reflue e di conseguenza si è resa necessaria una buone dose di persuasione per promuoverne la possibilità di riciclo.
Caleb: Alle nostre scuole elementari, da 7 a 12 anni di età, quasi tutte le classi organizzano una visita di studio presso un impianto NEWater. L’auspicio è che, in questo modo, le nuove generazioni siano più attente alle problematiche correlate all’acqua.
Lo Stockholm Junior Water Prize
Il premio è organizzato dallo Stockholm International Water Institute e sponsorizzato da Xylem. Qui potrete saperne di più su premio e finalisti del 2018.
Congratulazioni ai vincitori di quest’anno!