Denník N

Nanočasticami bojujú proti svetovému smädu

Ilustračné foto - Tasr
Ilustračné foto – Tasr

Nový systém odsoľovania morskej vody je založený na hliníkových nanočasticiach a vyprodukuje až 8 litrov čistej vody za hodinu. Poskytne lacné riešenie pre domácnosti rozvojových krajín.

Pitnej vody je každým rokom menej.

Príčinami sú klimatické zmeny, znečisťovanie vôd, ale aj rýchly rast počtu obyvateľov. Aj keď sa môže zdať, že jej máme na Zemi dostatok (voda tvorí až 70 percent našej planéty), iba tri percentá z nej tvorí sladká voda.

Dve tretiny z týchto troch percent nie sú dostupné, pretože tvoria ľadovce, prípadne sa nachádzajú v nám nedostupných zdrojoch.

Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie nemá priamy prístup k pitnej vode až 1,1 miliardy ľudí. Do roku 2025 pocítia až dve tretiny svetovej populácie nedostatok vody.

Jednou z možností boja proti nedostatku pitnej vody, najmä v rozvojových krajinách s prístupom k moru a oceánu, je takzvané odsoľovanie vody. To je možné robiť rôznymi spôsobmi, napríklad destiláciou, filtráciou, reverznou osmózou, membránovou destiláciou, nanofiltráciou či elektrodialýzou.

Hliník nad zlato

Pomerne obľúbený spôsob solárneho odsoľovania, ktoré na vyparovanie vody využíva slnečnú energiu, je veľmi finančne náročný. Dôvodom sú použité materiály. Aby sa urýchlil proces vyparovania, na hladinu slanej vody sa umiestňujú tenké filmy obsahujúce kovové nanočastice, ktoré vodu rýchlejšie ohrejú. Tieto nanočastice sú zväčša zo zlata.

Čínskym vedcom z univerzity v Nanjingu sa podarilo tieto drahé zlaté nanočastice nahradiť omnoho lacnejším a dostupnejším hliníkom. Výsledky svojho výskumu uverejnili v časopise Nature Photonics.

Použitie hliníka však nebolo úplne bezproblémové. V porovnaní so zlatom hliník nedokáže absorbovať dostatok slnečného žiarenia (pohlcuje iba v určitom rozmedzí vlnových dĺžok). Aby zvýšili efektivitu systému s hliníkom, použili vedci rovno dva postupy naraz. 

Prvým z nich je použitie fólie z oxidu hlinitého, ktorá bola posiata tisíckami maličkých dierok. Každá z nich mala v priemere 300 nanometrov a boli od seba rovnomerne vzdialené. Keď cez takúto dierkovanú fóliu prechádza svetlo, dôjde k jeho rovnomernému rozptylu, čo zvyšuje šancu na jeho absorpciu nanočasticami.

Druhým postupom bolo nanesenie vrstvy čistého hliníka na povrch tejto fólie pomocou hliníkovej pary. Čistý hliník vytvoril na povrchu fólie tenký film, no v póroch (dierkach) sa ho usadilo viac a vytvoril akési „ostrovy hliníka“.

Tieto ostrovčeky hliníkových nanočastíc zvýšili schopnosť absorpcie svetla, najmä v oblasti infračerveného žiarenia (a teda aj tepla).

„Naša štruktúra založená na hliníku je zložená z troch komponentov: nanoporóznej membrány oxidu hlinitého, natesno poskladaných hliníkových nanočastíc pozdĺž stien vytvorených pórov a z tenkej vrstvy hliníka na povrchu membrány,“ vysvetlili autori v článku.

Domáce odsoľovanie

Výsledkom výskumu, ktorý viedla profesorka Jia Zhu, je kondenzačná komora, ktorá dokáže vyprodukovať až 8 litrov čistej vody za hodinu. „Membrána dokáže plávať na vodnej hladine, efektívne absorbovať široké slnečné spektrum (96 percent) a zameriavať absorbovanú energiu na povrch vody, čím umožňuje efektívne odsoľovanie… Zariadenie preukázalo stabilnú účinnosť počas viac ako 25 cyklov a za rôznych intenzít svetla,“ vysvetlila Zhu.

Kondenzačnú komoru výskumníci otestovali na vzorkách slanej vody s rôznou koncentráciou solí, v Baltskom mori (slanosť 0,8 percenta), v Červenom mori (slanosť 4 percentá), v Pochajskom zálive (Čína) a na vzorke so slanosťou priemeru svetového oceánu (3,5 percenta).

Vyprodukovaná voda mala hladinu solí výrazne nižšiu, než sa dosahuje bežnou destiláciou či odsoľovaním pomocou filtračnej membrány. Voda bola vhodná na konzumáciu, neprekračovala hodnoty schválené Svetovou zdravotníckou organizáciou pre bezpečnú pitnú vodu.

Kondenzačná komora zatiaľ nie je dostatočne rýchla na priemyselné použitie, no úplne stačí na domáce čistenie vody. Technika si vyžaduje doladenie, najmä čo sa týka dlhodobého používania. Keď však bude na trhu, určite pomôže mnohým rodinám a pravdepodobne zachráni množstvo životov.

Dostupné z doi: 10.1038/nphoton.2016.75.

Teraz najčítanejšie