Inspiratie trof Yi Zheng tijdens een zomers bezoek aan een lokale melkveehouderij. Er waren koeien en paarden en, merkte Zheng, dat betekende dat er overal mest was.

Als universitair hoofddocent mechanische en industriële techniek aan Northeastern, is Zheng altijd op zoek naar ideeën om iets functioneels te creëren uit natuurlijke materialen. Hij wist nog niet zeker welk nuttig product hij van mest zou kunnen maken, maar Zheng was er vrij zeker van dat dat materiaal veelbelovend was. En er zou geen gebrek aan zijn.

Dus vroeg de professor de boer om een ​​emmer om mee terug te nemen naar zijn laboratorium. De boer verplichtte, "gratis", herinnert Zheng zich.

Tegelijkertijd puzzelde Zheng over een wereldwijd probleem:drinkwaterschaarste. Volgens UNICEF leven ongeveer 1,42 miljard mensen in gebieden met een hoge of extreem hoge waterkwetsbaarheid. En dat zal naar verwachting alleen maar erger worden.

Als mogelijke oplossing hebben ingenieurs gewerkt aan het bedenken van manieren om zeewater in zoet water te veranderen. Ze hebben een aantal hulpmiddelen bedacht om al dat zout te verwijderen in een proces dat ontzilting wordt genoemd. Ontziltingssystemen vertrouwen meestal op een dunne film die dient als een filter dat het zout uit het zeewater haalt wanneer het erdoor verdampt.

"Maar dat materiaal is nogal duur om te fabriceren, en het materiaal zelf is niet duurzaam", zegt Zheng. Bovendien "gebruikt het hele proces voor het ontzilten van water elektriciteit."

Zheng dacht:waarom kunnen we niet gewoon zonlicht gebruiken voor ontzilting?

Zijn visie was niet om een ​​heleboel zonnepanelen op ontziltingsinstallaties te installeren. Zheng had eerder een directere benadering. Hij wilde een filter ontwerpen dat buiten op zeewater zou worden geplaatst en door zonlicht zou worden geactiveerd. Geen elektriciteit nodig.

Daar komt de mest binnen.

Toen Zheng de stinkende emmer mee terug nam naar zijn laboratorium, besloten hij en zijn team hem op te warmen tot 1700 graden Celsius (3.092 graden Fahrenheit) om eventuele bacteriën in de mest te doden. Toen ze dat eenmaal hadden gedaan, ontdekten de onderzoekers dat ze een poedervorm van koolstof hadden geproduceerd. Ze gebruikten dat zwarte poeder om een ​​schuim te maken, dat ze veranderden in een sterk absorberend materiaal dat op het wateroppervlak drijft. Wanneer het in zonlicht wordt geplaatst, zou het water onder het zwarte materiaal in stoom veranderen en er doorheen gaan.

Zheng had het vermoeden dat dat proces een goede ontzilter zou zijn, dus verzamelde hij wat oceaanwater om het uit te testen. Toen de stoom van het zoute water dat door het op mest gebaseerde filter was gegaan terug condenseerde tot water, was het inderdaad opmerkelijk vers. The resulting water was so fresh, Zheng says, that its sodium concentration was significantly lower than the standards set by the U.S. Environmental Protection Agency for drinking water.

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."