Îndepărtarea sării din apa de mare pentru a o face sigură pentru consum înseamnă depășirea unui număr de provocări științifice, inclusiv optimizarea membranei utilizate în procesul desalinizării.

Noile cercetări privind aceste membrane promit o desalinizare a apei de mare mai ieftină și mai accesibilă în viitor.

Oamenii de știință au descoperit o modalitate prin care membranele destinate desalinizării s-ar putea dovedi cu 30-40% mai eficiente în ceea ce privește energia necesară pentru filtrarea apei. Cheia abordării lor constă în densitatea membranelor la scară nanometrică.

Într-un nou studiu, cercetătorii au arătat că menținerea constantă a densității membranelor este mai importantă decât grosimea acestora. Acest lucru poate îmbunătăți tehnica de filtrare a apei cunoscută sub numele de osmoză inversă, în care mineralele sunt capturate și îndepărtate de o membrană prin utilizarea presiunii.

Membrană 3D pentru desalinizare

Studiul membranelor la scară nanometrică a relevat importanța densități uniforme a membranelor. Credit: Enrique Gomez/Penn State

„Membranele cu osmoză inversă sunt utilizate pe scară largă în desalinizare, dar există încă multe lucruri pe care nu le știm.

Nu am putut determina, cu precizie, cum se mișcă apa prin ele, astfel încât toate îmbunătățirile din ultimii 40 de ani s-au făcut, în esență, în necunoscut”, a declarat inginerul Manish Kumar de la Universitatea Texas din Austin.

Pentru a obține o imagine mai clară a acestor membrane, Kumar și colegii săi au folosit o tehnică de microscopie electronică multimodală. Aceasta combină analiza compoziției chimice cu cartografierea 3D la scara nanometrică, pentru a stabili cât de eficient poate fi curățată apa.

Cercetarea a fost determinată de observația că membranele mai groase erau adesea mai eficiente energetic la desalinizare, ceea ce era contraintuitiv, având în vedere că apa trece printr-un material mai gros.

Modelarea 3D a relevat că variaţiile de densitate și ”zonele moarte” din membrană au un rol mai mare decât grosimea.

Dacă se asigură o densitate uniform distribuită a membranelor, atunci o cantitate mai mare de apă poate fi desalinizată cu mai puțină energie, sugerează cercetătorii, ceea ce înseamnă o reducere a costurilor şi implicit posibilitatea ca această tehnologie să devină accesibilă pe scară largă.

„Se poate vedea cum unele locuri sunt mai mult sau mai puțin dense chiar şi într-un filtru de cafea.

În membranele de filtrare, totul pare uniform, dar la scară nanometrică nu se respectă această condiţie

care este cu adevărat importantă pentru performanța filtrării apei”, a declarat inginerul Enrique Gomez de la Universitatea de Stat din Pennsylvania, SUA.

Producerea de apă dulce este vitală nu doar pentru sănătatea publică, ci și pentru utilizarea acesteia în agricultură și sectorul energetic.

Miliarde de litri de apă sărată sunt transformaţi în apă dulce în fiecare an, astfel încât o creştere a eficienței energetice de 30-40 la sută înseamnă un progres uriaş.

Prin studiul membranelor de desalinizare la o scară dimensională atât de mică, mai puțin de jumătate din diametrul unui fir ADN, oamenii de știință au reuşit să înțeleagă mult mai bine cum se poate realiza o membrană mai bună pentru osmoza inversă.

Există numeroase modalități de desalinizare a apei de mare pentru a o utiliza în diferite scopuri, dar tehnica bazată pe membrană este deja una dintre cele mai eficiente. Cercetătorii studiază în prezent şi alte modalități prin care această tehnică se poate îmbunătăți și personaliza pentru anumite utilizări specifice.

„Gestionarea apei dulci devine o provocare crucială în întreaga lume.

Ca urmare a secetei, odată cu creșterea condițiilor meteorologice severe, este de așteptat ca această problemă să devină și mai semnificativă.

De aceea este extrem de important să avem posibilitatea să producem eficient apă potabilă, mai ales în zonele cu resurse reduse”, a declarat Enrique Gomez.

Cercetarea a fost publicată în Science.

Sursă: Science Alert