Przełom naukowy sprawi, że filtracja wody będzie znacznie tańsza
- Data publikacji: 08.01.2021, 13:01
Naukowcy z firmy DuPont, Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii i Uniwersytetu Teksańskiego, rozwiązali problem z procesem osmozy, z którym badacze z całego świata próbowali uporać się od dziesięcioleci. Zwiększyli tym samym wydajność membran filtrujących, otwierając drogę do tańszej i szerzej dostępnej czystej wody.
Membrany odwróconej osmozy to rodzaj cienkiego filtra o porowatości wynoszącej 0,0001 mikrona. Zanieczyszczona ciecz napiera na membranę osmotyczną pod odpowiednim ciśnieniem, a minerały osadzają się na jednej stronie, przepuszczając na drugą jedynie cząsteczki wody. W procesie usuwana jest sól, bakterie, wirusy i większość niechcianych związków chemicznych. Mimo że technologia jest w szerokim użyciu już od niemal pół wieku, ze względu na nanoskalę procesu nie można było mieć dokładnego wglądu na to, jak woda dokładnie przepływa przez filtr, a wszelkie zmiany były dokonywane nieco po omacku.
Sytuacja została jednak zmieniona przez połączony zespół badaczy z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, Uniwersytetu Teksańskiego i DuPont Water Solutions, który rozwiązał ważny aspekt procesu filtracji wody. Naukowcy ustalili, że membrany osmotyczne mają niewspółmierne rozkłady gęstości i masy, co może utrudniać ich działanie. Wyrównanie tych wartości w nanoskali wydaje się być kluczem do efektywności.
Badania zostały zapoczątkowane po tym, gdy naukowcy z firmy DuPont odkryli, że grubsze membrany okazały się bardziej efektywne. Było to zaskoczenie, ponieważ według teorii powinno być zupełnie odwrotnie. Odpowiedzialny za to odkrycie zespół podzielił się nim na Water Summit 2015 w Abu Dhabi, gdzie podjęto decyzję o konieczności wyjaśnienia zjawiska. Zespół badawczy złożony z badaczy DuPont i Uniwersytetu Stanowego Iowa, przy użyciu najnowocześniejszych mikroskopów elektronowych w laboratorium charakterystyki materiałów stanu Pensylwania, stworzył trójwymiarową rekonstrukcję nanoskalowej struktury membrany osmotycznej. Następnie zmodelował ścieżkę, którą woda pokonuje przez te membrany, aby przewidzieć skuteczność oczyszczania wody na podstawie struktury. Opublikowane ostatnio na łamach czasopisma Science wyniki badań określone zostały jako przełomowe i spotkały się z szerokim zainteresowaniem świata naukowego,.
Według publikacji badaczy, przygotowane z pozyskaną wiedzą membrany zanotowały wzrost wydajności rzędu 30%-40%, czyli oczyszczały więcej wody, zużywając przy tym znacznie mniej energii. Odkrycie zastosowane w dużej skali, może doprowadzić do znacznego zwiększenia dostępu do czystej wody i obniżenia rachunków zarówno dla indywidualnych, jak i dużych użytkowników.
„Zarządzanie wodą słodką staje się kluczowym wyzwaniem na całym świecie. Niedobory, susze - oczekuje się, że wraz z nasilającymi się niekorzystnymi warunkami pogodowymi problem ten stanie się jeszcze poważniejszy. Dostępność czystej wody jest niezwykle ważna, zwłaszcza na obszarach o niskim poziomie zasobów” - powiedział Enrique Gomez, profesor inżynierii chemicznej z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, który współkierował badaniami.