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Acqua pulita per i paesi in via di sviluppo
Un filtro per l'acqua in fase di sviluppo presso la Stanford University rimuove i batteri dall'acqua rapidamente e senza intasamento e potrebbe portare a un metodo semplice ed economico per pulire l'acqua per i paesi in via di sviluppo. Il dispositivo, che utilizza un pezzo di cotone trattato con inchiostri di nanomateriali, uccide i batteri con campi elettrici ma utilizza solo il 20% della potenza richiesta dai filtri a pressione.
Sterilizzazione rapida: Un ricercatore di Stanford versa l'acqua attraverso un imbuto dotato di un filtro in nanotubi di cotone che uccide rapidamente i batteri. I cavi rossi forniscono elettricità al dispositivo, che utilizza campi elettrici per creare buchi nei batteri.
Almeno un miliardo di persone ha accesso solo all'acqua contaminata da agenti patogeni o inquinamento. C'è un enorme bisogno di un materiale filtrante estremamente robusto e a basso costo che non richieda molta potenza, afferma Mark Shannon , che dirige un centro di materiali avanzati per la purificazione dell'acqua presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. La maggior parte dei posti che ne hanno più bisogno non ha affatto elettricità, o al massimo un paio d'ore al giorno, dice Shannon, che non è coinvolta nella ricerca.
Il filtro sviluppato dai ricercatori di Stanford cerca di migliorare altri sistemi al punto d'uso per rimuovere i batteri al di fuori degli impianti centralizzati di trattamento dell'acqua. Esistono due metodi chimici principali: l'aggiunta di cloro all'acqua per uccidere i batteri o l'aggiunta di ferro, che provoca l'aggregazione dei batteri in modo da rimuoverli facilmente. I metodi chimici sono difficili perché richiedono formazione e una fornitura continua di sostanze chimiche.
La filtrazione, al contrario, è attraente perché è semplice. Ma la maggior parte dei metodi di filtrazione al punto d'uso sposta i batteri dall'acqua escludendo gli organismi in base alle dimensioni. Tali filtri si intasano nel tempo e funzionano molto lentamente a meno che il pompaggio ad alta intensità energetica non spinga l'acqua attraverso. Il filtro Stanford, azionato dalla gravità, ha pori abbastanza grandi da consentire un'elevata portata, circa 100.000 litri all'ora. Utilizza impulsi elettrici per inattivare i batteri praticando fori nelle pareti cellulari. La ricerca è stata condotta da professori di scienza dei materiali e ingegneria di Stanford Yi Cui e Sarah Heilshorn .
Per realizzare il filtro, i ricercatori immergono un pezzo di ovatta in un inchiostro di nanotubi di carbonio a base d'acqua, lo lasciano asciugare, quindi lo immergono in un inchiostro di nanofili d'argento a base di alcol e lo lasciano asciugare di nuovo. Cui e altri hanno utilizzato metodi di immersione simili per realizzare elettrodi per batterie di nanotubi di carta e tessuti di nanotubi. I nanotubi lunghi e stretti e i nanofili vengono impigliati nelle fibre.
Finora, i ricercatori hanno testato i filtri inserendoli in un imbuto di vetro montato su un bicchiere. Il filtro è collegato al cablaggio elettrico per fornire una tensione mentre l'acqua viene versata attraverso l'imbuto. Cui dice che potrebbe essere alimentato con batterie per auto o pannelli solari.
Il gruppo di Cui ha testato il filtro contro alte concentrazioni di E. coli . In questi test preliminari, descritti online sulla rivista Nano lettere , il filtro ha inattivato circa il 98 percento dei batteri. Anche un singolo batterio può farti ammalare, quindi non è abbastanza buono per l'uso sul campo, ma Cui spera di migliorare i filtri.
Cui non è sicuro di come funzioni il filtro, ma sa che i due materiali sono migliori insieme. L'argento è noto da tempo per avere proprietà antimicrobiche e i nanotubi di carbonio sono altamente conduttivi. Un'ipotesi è che si formino campi elettrici locali molto forti sulla punta dei nanofili d'argento, perforando le pareti cellulari. Quando l'elettricità è spenta, l'argento impedisce ai batteri di sporcare la superficie, un problema comune con i filtri.
Non ci sono stati studi definitivi sugli effetti dei nanotubi di carbonio a base d'acqua e dei nanofili d'argento sulle persone e sugli organismi inferiori; esperimenti con nanotubi di carbonio nell'aria hanno dimostrato che il loro effetto sui polmoni dei topi è simile all'effetto dell'amianto. Ma i primi test su migliaia di litri d'acqua suggeriscono che i nanomateriali non vengono lisciviati nell'acqua. I ricercatori effettueranno ulteriori test per determinare se i nanomateriali rimangono intrappolati nel filtro o vengono rimossi nell'acqua nel tempo.
Ritengo che ci sia un enorme potenziale per innovazioni tecnologiche come questa per migliorare notevolmente le opzioni per il trattamento dell'acqua a basso costo, afferma Kara nelson , professore di ingegneria civile e ambientale presso l'Università della California, Berkeley. Ora è importante portare questo dispositivo proof-of-concept al passaggio successivo, afferma Nelson, migliorando l'efficacia del filtro e dimostrando che può funzionare con un'ampia gamma di agenti patogeni trasmessi dall'acqua, inclusi virus e protozoi.
Chad Vecitis , professore di ingegneria ambientale all'Università di Harvard, afferma che l'aspetto più impressionante del filtro è la sua velocità. Molti ricercatori universitari stanno affrontando il problema dell'acqua pulita, ma altre soluzioni a basso consumo richiedono troppo tempo o sono troppo complesse. Ad esempio, alcuni sistemi utilizzano un catalizzatore attivato dalla luce per uccidere i batteri in contenitori d'acqua trasparenti esposti al sole. Questo richiede diverse ore e non è facile dire quando la sterilizzazione è terminata.