Znajdź zawartość

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.

Jednym ze sposobów na rozwiązanie problemu dostępu do wody pitnej jest odsalanie wód morskich. Na całym świecie działa ponad 7000 instalacji przystosowujących taką wodę do picia. Problem jednak w tym, że membrany oddzielające sól od wody ulegają zniszczeniu w obecności chloru. W wodzie morskiej znajdują się liczne mikroorganizmy, które mogą zatkać membranę, czyniąc ją bezużyteczną. Dlatego też najpierw do wody dodaje się chloru, by pozbyć się tych organizmów. Następnie chlor jest szybko usuwany, a woda przedostaje się do membran, które oddzielają sól. Później ponownie dodawany jest chlor i woda trafia do sieci wodociągowej. Naukowcy z University of Texas i Virginia Polytechnic Institute opracowali membrany, które są odporne na działanie chloru. Ich zastosowanie pozwoli na uproszczenie całego procesu pozyskiwania wody pitnej z mórz, dzięki czemu stanie się on tańszy i łatwiej dostępny. Nowa membrana wykonana została z polisiarczku, tworzywa sztucznego zawierającego siarkę. Poprzednie próby wykorzystania tego materiału spaliły na panewce, gdyż polisiarczek jest silnie hydrofobiczny, więc woda ma trudności z przeniknięciem. Obecnie amerykańskim naukowcom udało się podczas procesu polimeryzacji dodać do materiału dwie grupy sulfonowe, dzięki którym uzyskali trwały polimer odporny na działanie chloru. Eksperymenty wykazały, że w przypadku wody o niskim i średnim zasoleniu nowy materiał oddziela sól równie skutecznie, jak wiele komercyjnie używanych membran. Nieco gorzej sprawuje się w wodach o dużym zasoleniu. Jest też znacznie bardziej wytrzymały. Po 35-godzinnej ekspozycji na skoncentrowany roztwór chloru w nowych membranach zaszły niewielkie zmiany. Tymczasem obecnie dostępne na rynku membrany były w tym czasie całkowicie rozkładane przez chlor. Uczeni eksperymentują teraz z różnym składem swojego polimeru, chcąc uzyskać jeszcze bardziej wydajne i wytrzymałe membrany. Eric Hoek, profesor z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, ktory specjalizuje się w badaniach nad membranami do odsalania, jest zachwycony pracami swoich kolegów. Mówi, że ich materiał wykazuje zadziwiającą odporność na działanie chloru. Jednak, dodaje, w tej chwili nie jest jeszcze na tyle wydajny, by można było zastąpić nim wszystkie komercyjnie wykorzystywane membrany.