Zatrzymać sól: nadzieja na czystą wodę

Żyjemy w kraju, który ma pod dostatkiem wody pitnej. Wprawdzie hydrolodzy alarmują, że ilość dostępnej, czystej wody się zmniejsza, ale przeciętny Polak tego nie odczuwa. Wartość wody doceniają naprawdę dopiero ludzie z obszarów dotkniętych suszą, gdzie każdy kubek pitnej wody jest niemal na wagę złota. Wprawdzie większość obszaru naszej planety pokrywa woda, ale słona - nie nadająca się do picia. Również większość wód słodkich jest już zanieczyszczona.

Tam gdzie nie ma źródeł słodkiej wody, a jest dostępna woda morska, można ją odsalać. Niestety, istniejące instalacje odsalające to olbrzymie kompleksy, drogie w budowie i utrzymaniu nawet dla zamożnych krajów, a co tu dopiero mówić o biednych regionach, które najczęściej dotknięte są brakiem wody. Są też oczywiście inne technologie. Wiele osób słyszało o woreczkach, w jakie wyposażona jest na przykład armia amerykańska. Wystarczy wlać do nich dowolną wodę: słoną, brudną, a z drugiej strony wylatuje już czysta. Ale cóż tu kilka łyków czystej wody, kiedy głodująca Afryka potrzebuje niezliczonej jej ilości?

Najnowocześniejsze dotąd metody odsalania wody to filtrujące membrany, działające na zasadzie tzw odwróconej osmozy. Ten tajemniczy termin oznacza tyle, że pod wysokim ciśnieniem przez niewielkie otwory w półprzepuszczalnej błonie woda przenika bez trudu, natomiast sól i inne zanieczyszczenia zatrzymują się na niej. Jednak poza koniecznością zapewnienia odpowiedniego ciśnienia, a więc dużych kosztów energii, metoda ta ma wiele innych wad. Zanieczyszczenia, a poza solą są to różne związki chemiczne, czy bakterie, osadzają się na membranie i po prostu ją zatykają. Konieczne jest więc trudne i kosztowne jej czyszczenie, albo okresowa wymiana. Wyprodukowanie takiej membrany to skomplikowany, czyli drogi proces technologiczny. A przypomnijmy, że potrzeba nam odsalania na bardzo dużą skalę.

Nowa nadzieja zaświtała dzięki naukowcom i inżynierom z UCLA (Kalifornijskiego Uniwersytetu w Los Angeles), z Henry Samueli School of Engineering and Applied Science (Szkoły Inżynierii i Nauki Stosowanej im. Henry'ego Samueli). Rozwiązali oni jeden z największych problemów, czyli zapychanie się filtrujących błon. Bardzo wyrafinowana technologicznie sztuczka polega na uzyskaniu odpowiedniej struktury powierzchni i właściwości chemicznych. Poza wysoką przepuszczalnością dla cząsteczek wody, nowa membrana wykazuje dobrą charakterystykę zatrzymywania [zanieczyszczeń] oraz stabilność w długim okresie czasu - mówi Nancy H. Lin, inżynier z UCLA. - Stworzenie takiej struktury nie wymaga długiego czasu, wysokich temperatur, ani użycia komór próżniowych. To odróżnia nowy wynalazek od dotychczasowych technologii i oznacza długi czas działania membrany i zmniejszenie kosztów produkcji. Nowa błona bije więc dotychczasowe na głowę.

Jak to działa?

Nowa, „cudowna" membrana powstaje w trzech krokach. Najpierw przy użyciu konwencjonalnych metod tworzy się cieniutką błonę poliamidową. Następnie aktywizuje się jej powierzchnię przy pomocy plazmy pod ciśnieniem atmosferycznym, tworzą się na niej aktywne obszary. Wreszcie przy pomocy reakcji polimeryzacji „zaszczepia" się te aktywne obszary monomerem. Tworzy się na powierzchni polimerowa szczoteczka, której gęstość i inne parametry można łatwo zmieniać, kontrolując czas trwania i temperaturę operacji.

Gdzie tu przełom? Poza samym pomysłem „szczotki", dotychczas obróbka powierzchni przy pomocy plazmy musiała być wykonywana w komorze próżniowej. To w praktyce uniemożliwiało masową produkcję, nie tylko ze względu na koszty, ale także uciążliwość takiej operacji. Wykorzystanie plazmy przy normalnym ciśnieniu nie tylko umożliwi maszynową produkcję, ale eliminuje konieczność chemicznego zapoczątkowania reakcji - jak mówi Yoram Cohen, wykładowca UCLA, teraz staje się to proste jak przetarcie plazmową „szczotką". I można tak obrabiać niemal każdą powierzchnię.

Jak to działa w praktyce? Przytwierdzone chemicznie do powierzchni membrany polimerowe „włoski" pozostają w ciągłym ruchu. To sprawia, że bakterie i koloidalne zanieczyszczenia nie mogą się osadzić na powierzchni membrany. Kto nurkował, widział jak wodorosty poruszają się wraz z falującą wodą - mówi Cohen. - Wyobraźcie sobie taką miniaturową strukturę, proteiny i bakterie potrzebują zakotwiczenia w wielu miejscach, żeby się osadzić na powierzchni, to zadanie wyjątkowo trudne, kiedy powierzchnia „szczotki" bez przerwy się porusza. Polimerowa warstwa chroni i kryje powierzchnię samej membrany, gdzie zanieczyszczenia nie mogą sięgnąć. Dodatkową ochroną membrany są jej właściwości chemiczne, które zapobiegają adhezji, czyli przyciąganiu cząsteczek.

Teraz zespół badawczy, wraz z UCLA Water Technology Research Center i przedstawicielami przemysłu pracuje nad wykorzystaniem tego procesu na skalę przemysłową, optymalizacją działania membrany i dostosowaniem jej do wody o różnym stopniu zasolenia i odmiennych typach zanieczyszczenia. Stwarza to nadzieję, że wynalazek już niedługo ułatwi życie wielu ludziom.

odsalanie woda pitna odwrócona osmoza UCLA Nancy H. Lin Yoram Cohen