Nedostatok pitnej vody je celosvetový problém. Použitie filtra z nanovlákna na desalinizáciu morskej vody by mohlo byť jedným z riešení.
Alarmujúce číslo – podľa OSN až dve miliardy ľudí na svete trpia nedostatkom čistej pitnej vody. Ilustračný obrázok: iStockphoto
Mnohé regióny na svete sužuje nedostatok pitnej vody už niekoľko desaťročí. Vplyvom viacerých faktorov, ako je klimatická kríza, populačný rast a rozmach poľnohospodárstva, trpia nedostatkom vody aj oblasti, kde by jej mal byť dostatok.
Podľa správy OSN (The UN World Water Development Report 2023) až dve miliardy ľudí na svete nemajú prístup k čistej pitnej vode.
„Narušili sme cyklus vody, zničili sme ekosystémy a kontaminovali podzemnú vodu,“ vyhlásil na konferencii António Guterres.
Sladká pitná voda, ktorú využívame pri väčšine činností, predstavuje len čiastočku z celkového množstva vody na planéte. Meniace sa klimatické podmienky znamenajú menej zrážok a vysychanie riek, a tak sú niektoré krajiny po prvý raz v histórii nútené vyhlásiť núdzový stav v súvislosti s nedostatkom vody.
Morská voda ako zdroj sladkej vody
Hlavnou výzvou je zásobovanie regiónov s nedostatkom vody, pričom často ide o oblasti, ktoré majú prístup k moru alebo oceánu. Voda pokrýva viac než 70 percent zemského povrchu, z toho 95 percent tvorí slaná morská voda, lenže tá sa nedá piť. Rastúce požiadavky na pitnú vodu a nedostatok povrchových vodných zdrojov viedli k rozvoju technológií odsoľovania, ktorými sa z morskej vody získava sladká voda.
Reverzná osmóza
V súčasnosti je hlavnou metódou desalinizácie reverzná osmóza. Vykonáva ju približne 20-tisíc odsoľovacích zariadení na celom svete. Problémom je, že tieto zariadenia potrebujú na prevádzku veľké množstvo elektriny a okrem toho vzniká pri procese vedľajší odpadový produkt – koncentrovaná soľanka –, ktorý sa vyhadzuje naspäť do mora.
Vedci na celom svete preto hľadajú účinný spôsob, ako morskú vodu rýchlo a efektívne odsoľovať. Sľubným prostriedkom sú nanovláknové filtre. Sú síce účinné, ale aj ony majú svoje obmedzenia. Jedným z nich je nežiaduce zmočenie membrán.
Účinný filter
Proces destilácie slanej vody nanovláknovou membránou predstavil kórejský vedecký tím. Nová technika odsoľovania je rýchla, trvá len niekoľko minút, kým sa voda prečistí a je pitná. Filter navyše ponúka účinnosť neuveriteľných 99,99 percenta.
Hydrofóbna membrána filtra
Inžinieri veria, že táto technológia ľudstvu v budúcnosti pomôže vyrovnať sa s nedostatkom pitnej vody. Medzi najväčšie problémy, s ktorými sa nanovláknový filter potýka, patrí namočenie membrány. To spôsobuje znečistenie produktu a zníženie výkonu membrány. V prípade, že sa membrána počas destilácie namočí, treba ju okamžite vymeniť.
Membrána filtra má 3D štruktúru, ktorú vytvorili elektrostatickým zvlákňovaním. Pomocou tejto technológie sú vedci schopní vyrobiť hydrofóbnu membránu, čo je pri filtrácii morskej vody kľúčové.
Princíp destilácie
Hydrofóbna membrána, ktorá odpudzuje vodu, je navrhnutá tak, aby neumožňovala priechod molekulám vody. Na oboch stranách membrány sa vyvolá teplotný rozdiel, ktorý spôsobí, že sa voda z jednej strany odparí. Membrána umožňuje priechod vodnej pare, ktorá kondenzuje na chladnejšej strane. Tento proces sa nazýva membránová destilácia. Častice soli sa však do plynného skupenstva neprevádzajú. Zachytia sa na vstupnej strane membrány, kde zostanú. Výsledkom je čistá sladká pitná voda.
Kórejskí vedci do nanovláknovej membrány aplikujú aerogél oxidu kremičitého. Ten zlepšuje priechod vodnej pary a poskytuje tak rýchlejší prístup k odsolenej vode. Tím testoval svoju technológiu v nepretržitej prevádzke počas 30 dní a zistil, že membrána odfiltruje 99,99 percenta soli bez akýchkoľvek problémov so zmáčaním.
Pozrite si
Budúcnosť technológie
Cieľom vedcov je upraviť zloženie nanovláknovej membrány tak, aby dokázala nepretržite (a bez rizika) pracovať dlhšie ako mesiac. Hydrofóbna povaha filtra odďaľuje riziko zmáčania, ktoré však stále existuje.
Autori štúdie Úvod: Membránová desalinizácia: Súčasnosť, minulosť, budúcnosť (Introduction: Membrane Desalination Today, Past, and Future) konštatujú, že membránová destilácia je inovatívna technika odsoľovania, ktorá má potenciál trvalo znížiť globálny energetický nedostatok v oblasti vody. Využitím slnečnej a geotermálnej energie alebo zostatkového tepla z lodí, priemyslu a elektrární by táto technika mohla byť cenovo dostupnejšia. Výroba špičkových membrán s vysokou hydrofóbnosťou, vysokým permeačným (priepustným) tokom, nízkym sklonom k zanášaniu, veľkou mechanickou pevnosťou a nízkou tepelnou vodivosťou môže výrazne pomôcť pri komercializácii tejto technológie.
Zdroj: ScienceDirect (1, 2, 3), Elmarco, MIT
(zh)
