A vízhiány világszerte komoly problémát jelent. “Minden kontinenst érint” – mondja Amir Barati Farimani, a gépészmérnöki kar adjunktusa. “Négymilliárd ember az év legalább egy hónapjában súlyos vízhiányos körülmények között él. Félmilliárd ember egész évben súlyos vízhiányos körülmények között él.”
Mégis miközben az emberek biztonságos ivóvízhez való hozzáférés nélkül küzdenek, az ivhatatlan víz óceánjai közvetlenül az ajtajuk előtt vannak. “A világ felszínének 71%-át tengervíz borítja” – mondja Barati Farimani. “Ez tehát egy nagyon érdekes ellentmondás.”
A probléma leküzdése érdekében Barati Farimani a kutatásait a víz sótalanítására összpontosította. Ez az a folyamat, amelynek során a sós tengervíz édesvízzé alakítható.
A víz sótalanításának számos módja létezik, de az egyik leghatékonyabb a membrános sótalanítás. Ennél a módszernél a vizet egy vékony, apró lyukakkal ellátott membránon keresztül nyomják. A víz átfolyik a pórusokon, de a sóionok nem, így a túloldalon csak édesvíz marad.
Forrás:
Forrás:
forrás:
A vezető fém-szerves váz (MOF) egy új típusú membrán a víz sótalanítására.
Barati Farimani legújabb kutatásában egy új típusú membrán, az úgynevezett fém-szerves váz (MOF) lehetőségeit vizsgálja. “Ezek a membránok mind a fémcentrumból, mind a szerves vegyületből állnak” – mondja Barati Farimani. A szerves vegyület és a fém ötszög alakban kapcsolódik egymáshoz, a közepén egy lyukat hagyva, amely pórusként szolgál. “Ha megnézzük őket, olyanok, mint egy méhsejt” – teszi hozzá Barati Farimani.
A vázszerkezet több okból is hatékonyabb. Először is, hihetetlenül vékony. Néhány atom vastag, ami azt jelenti, hogy nagyon kicsi a súrlódás, amikor a vízmolekulák áthaladnak a pórusokon.
Kiegészítésképpen a pórusok elhelyezése segíti a permeációt. “Ha nincsenek szomszédos pórusok, akkor a fal hatalmas nyomást gyakorol a molekulákra” – mondja Farimani Barati. Ezáltal a sótalanítási folyamat kevésbé lesz hatékony. Hogy megértsük, miért, képzeljük el, hogy vizet öntünk egy tölcsérbe. A víz lassabban mozog a végén lévő lyukon keresztül, mert a falhoz nyomódik, és egy kis térbe kényszerül.
A MOF-nek ezzel szemben több szomszédos pórusa van. “A fal felől nincs nyomás” – mondja Farimani Barati. “És ez megadja nekik ezt a lehetőséget, hogy könnyebben áthaladjanak a póruson”. Képzeljük el, hogy ezúttal vizet öntünk át egy szitán – sokkal gyorsabban mozog, mert több kilépési pontja van, amelyeken keresztül távozhat.
Végezetül a MOF nagyobb szerkezeti integritással rendelkezik, mint más anyagok. A legtöbb anyagban a tudósoknak apró lyukakat kell fúrniuk a szükséges pórusok létrehozásához, ami korlátozza a felületenként létrehozható mennyiséget. “Ha sok pórust akarunk létrehozni, a grafén vagy a MoS2 nem képes erre” – mondja Barati Farimani. “Szerkezetileg nem tudják megtartani a nyomást.”
A MOF azonban a méhsejtes szerkezetének köszönhetően eredendően pórusos. Ez lehetővé teszi a pórusok nagyobb arányát a felülethez képest. Emellett időt és energiát is megtakarít, mivel a pórusokat nem kell kifúrni, sőt, a méretüket sem kell beállítani.
A MOF és más tipikus membránok közötti különbségek jelentősek, mind a víz gyors átfolyása, mind az ionok visszautasítása szempontjából. És ez csak néhány pórus szimulációjának vizsgálata. Egy sótalanító üzem akár több milliárd pórussal is rendelkezhet, ami exponenciálisan növeli a hatékonyságot. “Egy nagyüzem léptékében ez óriási lenne” – mondja Barati Farimani. “Még egy kis hatékonyságnövekedés is hatalmas ugrást jelentene.”
Sok hátrányos helyzetű ember számára kell édesvizet biztosítanunk. Ez a küldetésünk – hogy olyan energiahatékony legyen, hogy mindenhol legyen vízsótalanítás.”
Amir Barati Farimani, egyetemi docens , gépészmérnök
Barati Farimani kutatásáról szóló cikkét a Nano Letters című, az American Chemical Society által havonta megjelenő, szakértői értékeléssel ellátott tudományos folyóiratban tették közzé. Hozzájárul a vízsótalanításról szóló egyre bővülő beszélgetéshez, és fontos előrelépést jelent ezen a területen.
A tudományos világ mellett Barati Farimani reméli, hogy kutatásai az emberek életére is hatással lehetnek. “Sok hátrányos helyzetű ember számára kell édesvizet biztosítanunk, például Afrikában vagy más helyeken” – mondja. “Alapvetően ez a küldetésünk – olyan energiatakarékossá tenni, hogy mindenhol legyen vízsótalanítás.”