Nowy, inspirowany naturą filtr membranowy nadzieją dla recyklingu wody
Deficyty wody są coraz większym globalnym problemem. Szybka urbanizacja, rosnąca liczba ludzi oraz skutki zmian klimatycznych powodują, że popyt na wodę przekracza jej podaż. Dlatego w niektórych częściach świata wprowadza się rozwiązania związane z recyklingiem wody i odsalaniem wody morskiej. Jednak w przypadku uzyskiwania wody pitnej z recyklingu wody zakres dostępnych opcji zależy w dużym stopniu od filtracji membranowej. Choć systemy te są skuteczne, to trzeba do nich doprowadzić takie pokłady energii, że ich koszty stają się zbyt duże, by można je było powszechnie stosować (szczególnie w mniej uprzemysłowionych częściach świata, które ich najbardziej potrzebują).
Praktyczny sposób na walkę z biofoulingiem
Filtracja membranowa jest wysoce skutecznym sposobem uzdatniania wody – niewielkie pory membranowego filtra tworzą szczelną barierę przeciwko niepożądanym cząstkom i patogenom, co pozwala uzyskać bardzo czystą wodę. Dzięki tym filtrom można usuwać z wody również rozpuszczoną sól oraz, w niektórych przypadkach, organiczne zanieczyszczenia. Często jednak wydajność procesu zależy od stosowania wysokich ciśnień, co zwiększa nakłady potrzebnej energii, a tym samym koszty procesu. Innym częstym problemem jest biofouling, czyli zjawisko porastania i namnażania się mikroorganizmów na membranach, co zmniejsza ich wydajność i stwarza konieczność ich oczyszczania. Ostatnio zaczęto skłaniać się ku materiałom naturalnie odpornym na biofouling, aby zablokować lub ograniczyć tworzenie się tej biologicznej warstwy. „Jedną ze strategii jest produkowanie materiałów o strukturze z nanoskalową powierzchnią, która nie tylko zmniejsza zjawisko biofoulingu, lecz działa również antybakteryjnie, przyspieszając proces zabijania bakterii – komórki bakteryjne ulegają rozciąganiu na nanoskalowej powierzchni, co powoduje, że ich pękają”, stwierdza Eoin Casey z University College w Dublinie, zdobywca grantu ERBN. W ramach wspieranego przez UE projektu ANEMONE (Antibiofouling Nanopatterned Electrospun Membranes for Nanofiltration Applications) zespół Caseya wyprodukował oparte na polimerach membrany inspirowane skrzydłami cykady, stosując do tego elektroprzędzenie – metodę wytwarzania nanowłókien. Membrany te są przeznaczone do integracji w technologiach filtracji wody, a ich chemiczne i fizyczne właściwości można odpowiednio dostosowywać. Wyprodukowane z lepkich roztworów polimerowych włókna o średnicach do 20 nm (nanometrów) nie tylko spełniają wymogi filtracji membranowej, lecz również wykazują naturalne działanie antybakteryjne i ograniczające biofouling, co ma ogromne znaczenie w zmniejszaniu kosztów produkcji czystej wody do picia. Zespół projektu ANEMONE oparł bieżące prace na swoich wcześniejszych badaniach nad podstawowymi mechanizmami biofoulingu membran, które prowadził w ramach finansowanego przez ERBN projektu AFFIRM. Dzięki temu projektowi zespół zdobył dogłębną wiedzę na temat dokładnego zachowania bakterii w wyjątkowym środowisku, jakim jest płynna powierzchnia przylegania do membrany. „Nasze przeprowadzane na niewielką skalę testy w środowisku laboratoryjnym dały obiecujące wyniki, które pomogą zespołowi opracować bardziej zaawansowane prototypy technologii”, wyjaśnia Casey.
Kluczowa technologia w recyklingu wody
Aby skutecznie chronić ludzkość przez zagrożeniami środowiskowymi, w tym niedoborami wody, będziemy musieli opracowywać i rozwijać nowe oraz dopiero powstające technologie środowiskowe, które będą rentowne. Technologia projektu ANEMONE pozwoli produkować czystą wodę przy mniejszych kosztach i mniejszym zużyciu substancji chemicznych z pożytkiem nie tylko dla zdrowia publicznego, ale również dla środowiska. Zespół pracuje teraz nad stworzeniem prototypu do testów w rzeczywistych warunkach systemów wodnych. Dane z badań dostarczą dowodów na słuszność całej koncepcji dla potencjalnych partnerów lub inwestorów.
Słowa kluczowe
ANEMONE, woda pitna, deficyt wody, brak wody, recykling, odsalanie, membrana, cykada, nanoskala, biofouling, antybakteryjny, filtracja
