Dat eitje bij je ontbijt blijkt nog veel meer in huis te hebben: het eiwit kan worden omgezet in een materiaal dat microplastics uit zeewater filtert.
Onderzoekers van Princeton University hebben een manier gevonden om van eiwit een aerogel te maken, een heel licht en poreus materiaal dat voor allerlei dingen kan worden gebruikt, waaronder waterfiltering, energieopslag en isolatie.
Een boterham met ei
Professor Craig Arnold werkt in zijn lab altijd aan de ontwikkeling van nieuwe materialen, waaronder aerogels. Het was tijdens een faculteitsvergadering dat hij op zijn idee kwam. “Ik zat daar en staarde naar mijn broodje en ik dacht bij mezelf: dit is precies de structuur die we nodig hebben”, vertelt Arnold. Daarop vroeg hij zijn onderzoeksgroep om met het brood aan de slag te gaan, maar niets werkte dus besloot het team steeds ingrediënten te elimineren tot uiteindelijk alleen het eiwit overbleef. “We begonnen met een veel complexer systeem”, legt Arnold uit, “en we bleven reduceren, reduceren, reduceren, tot we tot de kern kwamen van wat het was. Het waren de eiwitten in het ei die voor de structuur zorgden die we nodig hadden.”
Eiwit bestaat bijna alleen maar uit proteïnen, die gevriesdroogd en verwarmd tot 900 graden in een zuurstofloze omgeving een structuur vormen van onderling verbonden strengen van koolstofvezels en lagen grafeen. Het materiaal kan zout en microplastics uit zeewater verwijderen met een efficiëntie van respectievelijk 98 en 99 procent.
Niet alleen eieren
“De eiwitten werkten zelfs als ze geklopt of gebakken werden”, zegt hoofdonderzoeker Sehmus Ozden. Bij het oorspronkelijke onderzoek werden normale eieren gebruikt, maar andere proteïnes leidden tot dezelfde resultaten. “Eieren zijn mooi omdat we ze allemaal kennen en ze makkelijk te krijgen zijn, maar je moet ook voorzichtig zijn, omdat je niet wil concurreren met de voedselcyclus”, aldus Arnold.
Omdat gewone eiwitten net zo goed werken, kan het materiaal eenvoudig en goedkoop in grote hoeveelheden worden geproduceerd zonder dat de eiervoorraad gevaar loopt. De volgende stap is om het proces te verfijnen zodat het materiaal gebruikt kan worden om op grote schaal water te zuiveren.
Schaalvergroting
Als dat lukt, kan de aerogel grote voordelen hebben, omdat het goedkoop is, energie-efficiënt en heel effectief. “Actieve kool is een van de goedkoopste materialen om te gebruiken voor waterzuivering. We vergeleken onze materialen daarmee en die bleken nog veel effectiever”, zegt Ozden. Het werkt ook beter dan omgekeerde osmose, omdat daarvoor veel energie en water nodig is. Dit nieuwe proces maakt enkel gebruik van de zwaartekracht en verspilt geen water. Het haalt niet alleen het zout, maar ook microplastics uit water.
Maar waterzuivering is niet de enige mogelijke toepassing. Ook voor energieopslag en isolatie kan het materiaal uitkomst bieden.
Vervolgonderzoek is nodig om de aerogel op grote schaal te kunnen gebruiken, maar dan zou er zomaar eens een nieuw en veel goedkoper materiaal beschikbaar kunnen zijn voor allerlei toepassingen.
Aerogel is een van de lichtste vaste stoffen die er bestaat. Het bestaat voor 95 tot 99,98 procent uit lucht. Veel aerogels zijn gemaakt op basis van silicium, maar er zijn ook varianten met metalen of koolstofverbindingen. De lichtste aerogel is lichter dan lucht. Aerogel wordt veel gebruikt als isolatie.
Grafeen bestaat volledig uit koolstof. Het is het dunste materiaal dat er is. Het is slechts één atoom dik. Daarom noemen natuurkundigen het een tweedimensionaal materiaal. Het is uniek, omdat het supersterk, doorzichtig en stabiel is, maar ook megadun. Het is bovendien tegelijk stijf en flexibel én het geleidt supergoed. Grafeen werd al in 1947 ontdekt, maar pas in 2004 wisten wetenschappers een laagje grafeen los te krijgen uit grafiet. Grafeen wordt nu onder meer gebruikt voor computerchips, oprolbare schermen en flexibele zonnecellen.
