Na Uniwersytecie Illinois opracowana zostaÅ‚a innowacyjna metoda chemicznego uzdatniania wody pitnej. DziÄ™ki niej można nie tylko skutecznie oczyszczać Å›cieki, ale też odsalać wodÄ™ i to przy niewielkim zużyciu energii. Naukowcy sÄ… zdania, że ich odkrycie może pomóc w uzdatnianiu wody, szczególnie w regionach, w których potrzebne jest energooszczÄ™dne i niedrogie odsalanie.
Dotychczas znane metody odsalania wody wiÄ…zaÅ‚y siÄ™ z dużym zużyciem energii, a co za tym idzie – wysokimi kosztami. SytuacjÄ™ komplikowaÅ‚a konieczność usuniÄ™cia z wody zanieczyszczeÅ„ i zwiÄ…zków organicznych zagrażajÄ…cych zdrowiu konsumentów. Naukowcy z Uniwersytetu Illinois oparli swojÄ… metodÄ™ na znanej, lecz kosztownej elektrodializie w udoskonalonej wersji. Wykorzystali zjawisko chemiczne zwane reakcjÄ… redoks (utleniania i redukcji), dziÄ™ki któremu można osiÄ…gnąć ten sam stopieÅ„ separacji soli przy zużyciu o niemal 90 proc. energii mniej. Ze wzglÄ™du na niskie zapotrzebowanie na energiÄ™ metoda ta może być wykorzystana w panelach sÅ‚onecznych, co może mieć duże znaczenie w regionach, w których panuje gorÄ…cy klimat oraz w których potrzebne jest tanie i energooszczÄ™dne uzdatnianie wody.
– WystÄ™powanie zanieczyszczeÅ„ organicznych w wodzie morskiej lub rzecznej stanowi poważne wyzwanie w kontekÅ›cie wytwarzania wody pitnej za pomocÄ… konwencjonalnych, zintegrowanych, membranowych systemów elektrochemicznych gÅ‚ównie ze wzglÄ™du na wzrost ryzyka zanieczyszczenia. Dlatego zajÄ™liÅ›my siÄ™ opracowaniem nowego systemu elektrodializy polimerów zależnej od reakcji redoks. W celu oczyszczania z rozmaitych zwiÄ…zków nieorganicznych i organicznych zastÄ…piliÅ›my membrany jonowymienne efektywnymi kosztowo i skutecznymi membranami nanofiltracyjnymi. Aby użyć membran o dużej wielkoÅ›ci porów, stworzyliÅ›my rozpuszczalne w wodzie kopolimery redoksowe, dziÄ™ki którym mogÄ… zachodzić odwracalne reakcje redoks w celu ciÄ…gÅ‚ego oddzielania zwiÄ…zków naÅ‚adowanych – wyjaÅ›nia w rozmowie z agencjÄ… Newseria Innowacje Nayeong Kim z WydziaÅ‚u Inżynierii Chemicznej i Biomolekularnej i Beckman Institute na Uniwersytecie Illinois.
Dotychczasowe eksperymenty wykazaÅ‚y, że ta metoda może skutecznie oczyszczać Å›cieki i odsalać wodÄ™. ZastÄ…pienie drogich membran jonowymiennych, które stanowiÄ… zwykle najwiÄ™kszy koszt w elektrodializie, czyni to rozwiÄ…zanie znacznie taÅ„szym.
– Nasz system może skutecznie oczyÅ›cić wodÄ™ z różnego rodzaju naÅ‚adowanych zwiÄ…zków: od zwiÄ…zków jonowych, takich jak chlorki, siarczki i azotany, po zwiÄ…zki organiczne, m.in. grupy karboksylowe i potencjalne zanieczyszczenia, takie jak PFAS [substancje per- i polifluoroalkilowe – red.] – zapewnia badaczka.
Dotychczas naukowcy testowali swojÄ… metodÄ™ na próbkach o pojemnoÅ›ci kilku litrów, ale chcÄ… rozszerzyć testy na wiÄ™ksze zbiorniki.
– Te obiecujÄ…ce wyniki tworzÄ… podstawy do zastosowaÅ„ praktycznych tego rozwiÄ…zania w niedalekiej przyszÅ‚oÅ›ci. Ponadto, biorÄ…c pod uwagÄ™ podobieÅ„stwa miÄ™dzy naszymi systemami i już wprowadzonymi na rynek systemami elektrodializy, uważamy, że komercjalizacja naszego systemu może siÄ™ wiÄ…zać z mniejszymi barierami niż pozostaÅ‚e nowo opracowane technologie. Obecnie zajmujemy siÄ™ dalszymi badaniami konstrukcji moduÅ‚owych i możliwoÅ›ci stosowania naszego systemu na szerokÄ… skalÄ™, wiÄ™c oczekujemy wdrożenia naszego systemu w bardzo niedÅ‚ugim czasie – zapowiada Nayeong Kim.
Problem z dostÄ™pem do wody pitnej nie dotyczy jedynie najbiedniejszych krajów Å›wiata. WedÅ‚ug szacunków ONZ w ciÄ…gu najbliższej dekady dostÄ™pność czystej i bezpiecznej wody pitnej może spaść o 40 proc. Do 2050 roku zapotrzebowanie na wodÄ™ wzroÅ›nie dwukrotnie, a ponad poÅ‚owa Å›wiatowej populacji bÄ™dzie zagrożona jej deficytem.
– Niedobór wody, szczególnie pitnej, staÅ‚ siÄ™ poważnym problemem globalnym. PoÅ‚Ä…czenie takich czynników jak wzrost liczby ludnoÅ›ci, rozwój gospodarczy i zmiany zwyczajów żywieniowych w kierunku zwiÄ™kszonego spożycia produktów pochodzenia zwierzÄ™cego doprowadziÅ‚o do ciÄ…gÅ‚ego wzrostu zapotrzebowania na wodÄ™ i w konsekwencji do nadwerężenia zasobów wody. Na podstawie kilku źródeÅ‚ danych statystycznych 2/3 populacji na Å›wiecie doÅ›wiadcza obecnie poważnych niedoborów wody przez co najmniej miesiÄ…c w skali roku, a okoÅ‚o 500 mln osób mierzy siÄ™ z niedoborem wody przez caÅ‚y rok. W wielu zbiornikach wodnych zlokalizowanych na obszarach stepowych w Azji i na Bliskim Wschodzie obserwuje siÄ™ gwaÅ‚towny spadek poziomu wody gruntowej – mówi badaczka z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign.
Niedawno, w zwiÄ…zku ze spadajÄ…cym poziomem wód gruntowych, w obliczu problemów z niedoborem wody pitnej stanęły Berlin i Brandenburgia, które rozważajÄ… odsalanie wody z Morza BaÅ‚tyckiego.
