Celých 71 % povrchu naší planety tvoří vodní plochy a toky. Z hlediska dostupnosti pitné vody je však zásadní problém v tom, že 96,5 % z toho se nachází v oceánech. Slanou vodu je pro účely konzumace nutné odsolovat, což je nejen poměrně drahé, ale také relativně pomalé.
Vědci z Tokijské univerzity v Japonsku představili novou metodu odsolování vody pomocí fluorových prstenců o průměru pouhého jednoho až dvou nanometrů. Podrobnosti byly publikovány ve čtvrtek 12. května v odborném časopise Science.
Zásadní je několikanásobně vyšší rychlost
Zkuste si představit průřez vlasem. I takto malá plocha – zhruba miliontina metru v průměru – je doslova obrovská ve srovnání s póry v novém typu filtru. K pokrytí celé plochy lidského vlasu by bylo potřeba téměř 100 000 fluorových prstenců.
Zásadní roli v novém filtru hraje polytetrafluoretylen – fluorovaný polymer známý pod komerčním názvem teflon. Právě hydrofobní vlastnosti této chemické látky přispívají k její pozoruhodné schopnosti filtrovat molekuly soli s působivou rychlostí a účinností.
„Bylo velmi vzrušující vidět výsledky na vlastní oči,“ říká jeden ze spoluautorů článku – inženýr Yoshimitsu Itoh. „Menší z našich testovacích kanálků dokonale odmítaly vstupující molekuly soli, a i větší kanálky byly stále lepší než jiné odsolovací techniky, a dokonce i než nejmodernější filtry z uhlíkových nano trubiček.“
Teflonový nano filtr
Není náhodou, že fluor je klíčovou složkou teflonu, který se používá na nepřilnavých pánvích, aby se na ně nepřichytila smažená vejce, a uvnitř potrubí, aby tekutiny proudily efektivněji. Na nanoskopické úrovni fluor odpuzuje záporně nabité ionty, včetně chloru v soli (NaCl).
Vědci vytvořili membrány tak, že na sebe naskládali několik fluorových prstenců a vytvořili tak trubičky. Ty zasadili vedle sebe do vodotěsné vrstvy lipidových molekul, čímž vytvořili něco, co se podobá buněčné membráně. Zásadní je, že skrz mohou procházet pouze molekuly vody, zatímco molekuly soli neproniknou.
I pro vědce bylo překvapením, jak rychle tento proces probíhal. Testovací filtr pracoval několik tisíckrát rychleji než běžná průmyslová zařízení a asi 2400× rychleji než experimentální odsolovací zařízení na bázi uhlíkových nano trubiček. Přeměna mořské vody na vodu, kterou mohou lidé pít, je přitom důležitou technologickou schopností.
Efektivnější než současné metody
„V současné době existují dva hlavní způsoby odsolování vody: termický, kdy se pomocí tepla mořská voda odpařuje a následně kondenzuje jako čistá voda, nebo reverzní osmózou, při níž se voda tlakem protlačí přes membránu, která blokuje sůl,“ vysvětluje Itoh.
Tyto technologie jsou sice prokazatelně funkční ve velkém měřítku, ale vyžadují značné množství energie. První výsledky naznačují, že fluorové nanostruktury by mohly být klíčem k odsolovacím technikám, jež jsou mnohem účinnější. „Naše testy naznačují, že fluorové nano kanálky vyžadují málo energie,“ říká Itoh.
V současné době vyžaduje proces výroby nového materiálu velké množství energie, ale vědci jsou přesvědčeni, že se jim podaří tyto náklady snížit. Vzhledem k dlouhé životnosti membrán a jejich nízkým provozním nákladům budou celkové náklady na provoz mnohem nižší než u současných metod.
