Φίλτρο από γραφένιο κάνει τη θάλασσα πόσιμη

Οι μικροσκοπικοί πόροι της μεμβράνης γραφενίου είναι ελάχιστα μεγαλύτεροι από τα ίδια τα μόρια του νερού (Πηγή: University of Manchester)

Εκατομμύρια άνθρωποι που πλήττονται από λειψυδρία ίσως έχουν λόγο να πίνουν νερό στο όνομα του γραφενίου: ερευνητές στη Βρετανία ανέπτυξαν μια μεμβράνη από το θαυματουργό υλικό η οποία μπορεί να αφαλατώνει εύκολα και γρήγορα το θαλασσινό νερό.


Θαυματουργό υλικό

Το γραφένιο, μια μορφή του άνθρακα που ανακαλύφθηκε μόλις το 2004, είναι φύλλα από καθαρό άνθρακα με πάχος ενός μόνο ατόμου. Πιο γερό από το ατσάλι, πιο αγώγιμο από τον χαλκό, διαφανές και άκρως ελαστικό, το γραφένιο εκτιμάται ότι θα βρει ευρείες πρακτικές εφαρμογές στο μέλλον.

Μια από τις πρώτες θα μπορούσε να είναι η αφαλάτωση νερού σε βιομηχανική κλίμακα. Το 2013, ο γίγαντας της αμυντικής βιομηχανίας Lockheed Martin ανακοίνωσε ότι αναπτύσσει φίλτρα από γραφένιο τα οποία θα μπορούσαν να μειώσουν κατά 100 φορές την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή πόσιμου νερού.

Η αφαλάτωση είναι σήμερα μια ακριβή και ενεργοβόρος διαδικασία που βασίζεται συνήθως στην αρχή της αντίστροφης ώσμωσης: το θαλασσινό νερό διοχετεύεται υπό μεγάλη πίεση σε φίλτρα με μικροσκοπικούς πόρους, οι οποίοι αφήνουν το νερό να περάσει αλλά συγκρατούν τα ιόντα των αλάτων.

Μοριακό κόσκινο

Το νέο φίλτρο που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ -εκεί όπου ανακαλύφθηκε το γραφένιο το 2004- και παρουσιάζεται στο Nature Nanotechnology αποτελείται από οξείδιο του γραφενίου, ένα υλικό που μπορεί να παραχθεί πιο εύκολα και γρήγορα σε σχέση με το καθαρό γραφένιο.

Πάνω στη μεμβράνη του φίλτρου έχουν ανοιχθεί τρύπες με διάμετρο μόλις ενός νανόμετρου, οι οποίες αφήνουν τα μόρια νερού να περάσουν αλλά συγκρατούν σαν κόσκινο όλα τα διαλυμένα ιόντα, ακόμα και τα πιο μικρά.

Προηγούμενες μεμβράνες από γραφένιο είχαν το μειονέκτημα ότι φούσκωναν στο νερό, με αποτέλεσμα να αυξάνεται υπερβολικά το μέγεθος των πόρων. Οι ερευνητές στο Μάντσεστερ ξεπέρασαν το πρόβλημα ντύνοντας τη μεμβράνη γραφενίου με ένα στρώμα εποξικής ρητίνης, η οποία εμποδίζει τη διόγκωση της μεμβράνης.

Το νέο μοριακό κόσκινο θα μπορούσε να αποδειχθεί πολύ πιο αποδοτικό από τα πλαστικά φίλτρα που χρησιμοποιούνται σήμερα στις εγκαταστάσεις αφαλάτωσης. Ο λόγος είναι ότι τα μόρια νερού περνούν μέσα από τους πόρους με εντυπωσιακά μεγάλη ταχύτητα.

Βελτιωμένες επιδόσεις

«Όταν το μέγεθος των πόρων πέφτει στο ένα νανόμετρο, δηλαδή πολύ κοντά στο μέγεθος του ίδιου του μορίου του νερού, τα μόρια νερού σχηματίζουν μια διάταξη σαν τρένο» εξηγεί στο BBC ο Δρ Ράουλ Νάιρ, επικεφαλής της μελέτης.

Τα μόρια νερού ουσιαστικά παραμένουν ενωμένα μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου και σχηματίζουν μια αλυσίδα, η οποία περνά ολόκληρη μέσα από το φίλτρο όταν ασκηθεί πίεση.

Εφόσον αποδειχθεί ότι το φίλτρο γραφενίου είναι αρκετά φθηνό και δεν αλλοιώνεται εύκολα από το θαλασσινό νερό, το κόστος της αφαλάτωσης θα μπορούσε να πέσει σε επίπεδα συγκρίσιμα με το κόστος του νερού από λίμνες και ποτάμια.

Σύμφωνα με εκτιμήσεις του ΟΗΕ, μέχρι το 2025 το 14% του παγκόσμιου πληθυσμού θα αντιμετωπίζει πρόβλημα λειψυδρίας.

http://www.tovima.gr/science/technology-planet/article/?aid=871986

Lemmy