Tag: Biopolimerai

  • Kanados mokslininkų 3D spausdintas filtras išvalo iki 90 proc. mikroplastiko: pigus sprendimas?

    Mikroplastiko tarša tapo viena opiausių šių metų aplinkosaugos ir visuomenės sveikatos temų: smulkios plastiko dalelės aptinkamos upėse, ežeruose, jūrose, o galiausiai patenka į geriamąjį vandenį ir maisto grandinę. Tyrėjai vis dažniau akcentuoja, kad problema nėra vien estetinė ar ekologinė, nes mikroplastikas randamas ir nuotekose, ir vandenvalos grandinėse.

    Reaguodami į augančią taršą, Vaterlo universiteto (Kanada) mokslininkai sukūrė 3D spausdinimu paremtą filtravimo sprendimą, skirtą mikroplastikui sulaikyti. Jų idėja išsiskiria tuo, kad filtras gaminamas iš pažangių polimerinių medžiagų, o pati konstrukcija kuriama taip, kad būtų lengvai pritaikoma skirtingo dydžio vamzdynams ir sistemoms.

    Kaip veikia 3D spausdintas filtras

    Pagrindinis technologijos elementas yra tiksliai suprojektuota tinklinė struktūra su apibrėžto dydžio angomis. Tokį raštą 3D spausdinimas leidžia atkartoti itin preciziškai, todėl filtras gali taikliai sulaikyti įvairių formų mikroplastiko daleles, įskaitant sintetinių audinių pluoštus ir netaisyklingus fragmentus, atsirandančius yrant didesnėms plastiko atliekoms.

    Kūrėjai nurodo, kad filtruose pritaikytas gamybos principas padeda išvengti greito užsikimšimo, kuris dažnai riboja tradicinių mechaninių filtrų efektyvumą. Po spausdinimo naudojamas vandenyje tirpus komponentas, kuris pasišalina, palikdamas mikro ir nanoskalės poras, o papildomas sluoksnis padidina mikroplastiko „prikibimą“ neužblokuodamas angų.

    „Išbandėme nuo aštuonių iki 20 filtrų, sudėtų vieną ant kito. Naudodami 20 filtrų pašalinome 90 proc. mikroplastiko, o tai yra aiškus pagerėjimas, palyginti su dabartinėmis filtravimo technologijomis“, – sakė Vaterlo universiteto chemijos inžinerijos profesorius Tizazu Mekonnen.

    Kuo tai svarbu vandens valymui

    Dalis šiandien taikomų vandens valymo sprendimų susiduria su dilema: labai smulkioms dalelėms sulaikyti reikia tankesnių filtrų, tačiau tuomet krenta pralaidumas, didėja energijos sąnaudos ir priežiūros poreikis. Tyrėjų siūloma 3D spausdinama alternatyva siekia suderinti sulaikymo efektyvumą ir stabilų vandens srautą, o tai ypač aktualu diegiant sprendimus didesniu mastu.

    Technologija taip pat orientuota į tvaresnį gyvavimo ciklą: akcentuojami biopolimerai ir paprastesnė utilizacija pasibaigus naudojimui. Praktikoje tai svarbu ne tik laboratorijose, bet ir ten, kur filtrai keičiami dažnai, pavyzdžiui, pramoninėse sistemose ar nuotekų valyklose.

    Kur filtrai galėtų būti pritaikyti

    Vienas realistiškiausių scenarijų yra integracija į municipalines nuotekų valyklas, nes būtent nuotekos laikomos reikšmingu mikroplastiko, ypač tekstilės pluoštų, patekimo į aplinką keliu. Kitas galimas pritaikymas yra buitiniai sprendimai: vandens filtravimo įrenginiai, o taip pat skalbyklėse naudojami moduliai, galintys sulaikyti daleles skalbimo ciklo metu.

    Mokslininkai pabrėžia, kad 3D spausdinimo pranašumas yra greitas dizaino koregavimas ir mastelio keitimas, todėl filtrus būtų galima pritaikyti labai skirtingoms infrastruktūroms. Vis dėlto platesniam diegimui reikės papildomų bandymų realiomis sąlygomis, įvertinant ilgaamžiškumą, priežiūrą ir sąnaudų balansą.

  • Per sausrą 16-metė virė apelsinų žieves: pigus biopolimeras dirvoje sulaikė daugiau vandens

    2016 metais Pietų Afrika patyrė vieną skaudžiausių sausrų per stebėjimų istoriją: kritulių kiekis smuko, didžioji dalis regionų skelbė stichinę nelaimę, o ūkininkai stebėjo džiūstančius pasėlius. Tuo metu 16-metė Johanesburgo moksleivė Kiara Nirghin ėmė ieškoti sprendimo ne „kaip iškviesti lietų“, o kaip dirvožemyje ilgiau išlaikyti jau turimą drėgmę.

    Ji dėmesį sutelkė į superabsorbentus, dar vadinamus hidrogeliais, kurie sugeria didelius vandens kiekius ir vėliau palaipsniui atiduoda juos augalams. Tokie polimerai plačiai naudojami žemės ūkyje, tačiau dažnai gaminami akrilo pagrindu, nėra lengvai suyrantys ir gali būti brangūs, ypač jei reikalingi dideli kiekiai.

    Nirghin iškėlė hipotezę, kad panašų vandens sugeriantį polimerą galima sukurti iš maisto atliekų, kuriose gausu polisacharidų. Pagrindine žaliava ji pasirinko apelsinų žieves, kuriose yra pektino, o papildomu komponentu tapo avokadų žievės.

    Eksperimentų metu moksleivė apelsinų žieves virė, kad išgautų pektinu turtingą skystį, tuomet jį maišė su susmulkintomis ir išdžiovintomis žievėmis bei avokado likučiais. Mišinį ji paliko saulėje, kur šiluma ir ultravioletiniai spinduliai padėjo susiformuoti struktūrai, galinčiai sugerti ir sulaikyti vandenį.

    Pagal projekto aprašymuose minimus bandymus, jos sukurtas biopolimeras sugėrė apie 76,1 proc. skysčio, kai pramoninis akrilinis analogas sugėrė apie 74,7 proc. Taip pat teigta, kad medžiaga gali sulaikyti maždaug 300 kartų didesnį vandens kiekį nei jos pačios svoris, tačiau tokie skaičiai priklauso nuo bandymo sąlygų ir metodikos.

    Vienas svarbiausių projekto argumentų buvo kaina: skaičiuota, kad tokios medžiagos gamyba galėtų kainuoti maždaug 30–60 eurų už toną, kai kai kurių pramoninių sprendimų kaina gali siekti apie 1 800–2 700 eurų už toną. Be to, maisto atliekų pagrindu sukurtas produktas būtų biologiškai suyrantis, o tai mažintų ilgalaikę taršos riziką dirvožemyje.

    Vis dėlto pati idėja neturėtų būti vertinama kaip paruošta masinei rinkai technologija. Projekto rezultatai buvo gauti mokyklinių eksperimentų aplinkoje, todėl prieš realų pritaikymą reikėtų nepriklausomų laboratorinių patikrų, standartizuotų bandymų bei lauko tyrimų skirtinguose dirvožemiuose ir klimato sąlygose.

    Projektas, pavadintas No More Thirsty Crops, 2016 metais pelnė „Google“ mokslo mugės apdovanojimą už socialinį poveikį Artimųjų Rytų ir Afrikos regionui, o vėliau ir pagrindinį prizą. Jo esmė paprasta: panaudoti tai, kas paprastai išmetama, ir paversti medžiaga, galinčia padėti augalams išgyventi sausrų metu.

    Pastaraisiais metais sausros ir karščio bangos vis dažniau siejamos su klimato kaitos poveikiu, todėl auga susidomėjimas sprendimais, kurie mažina vandens sąnaudas ir gerina dirvožemio drėgmės išlaikymą. Tokios iniciatyvos kaip Nirghin darbas rodo kryptį, kurioje susitinka tvarumas, žiedinė ekonomika ir praktiniai žemės ūkio poreikiai.