Przełomowa technologia oczyszczania wody w sposób inspirowany naturą
Chociaż bardzo powszechne jest mniemanie, że Europa posiada wystarczające zasoby wodne, zmiana klimatu sprawia, że skala zjawiska, jakim jest niedobór wody, stale się powiększa. Stres wodny jest problemem szczególnie dotkliwym dla południowych regionów Europy, gdzie głównym sposobem na poprawę zaopatrzenia w słodką wodę jest odsalanie wody brachicznej (słonawej) oraz wody morskiej. W związku z prognozowanym wzrostem zapotrzebowania na słodką wodę w nadchodzących latach spodziewana jest też ekspansja sektora odsalania wody. W procesie odwróconej osmozy, będącej obecnie najczęściej stosowaną w Europie technologią odsalania, wykorzystywana jest zasada osmozy, umożliwiająca usuwanie soli z wody morskiej poprzez przepuszczanie wody przez szereg półprzepuszczalnych membran. Jest to jednak energochłonny proces, który ma znaczny udział w emisjach dwutlenku węgla w Europie, a dodatkowo pozostawia produkty uboczne, takie jak solanka, które mogą być szkodliwe dla środowiska.
Na ratunek spieszy sama przyroda
Aby pokonać problem niedoboru wody i stworzyć bardziej zrównoważony proces odsalania, specjalizująca się w technologiach wodnych firma Aquaporin opracowała membranę biomimetyczną opartą na akwaporynach – białkach tworzących kanaliki wodne, dzięki czemu standardowa membrana polimerowa została wzmocniona za pomocą biologicznego kanału transportującego wodę. Firma znacząco udoskonaliła tę przełomową technologię w ramach finansowanego przez UE projektu AMBROSIA, w wyniku którego opracowała pierwszą na świecie biomimetyczną membranę do odwróconej osmozy wody słonawej i przygotowała ją do produkcji na skalę przemysłową. Ta nowa koncepcja membrany biomimetycznej może zrewolucjonizować obecną technologię odwróconej osmozy, zmniejszając zarówno jej koszt, jak i zużycie energii i wody. Dzięki temu stanowi ona istotny wkład w rozwój sektora odsalania wody. Koordynator projektu dr Jörg Vogel wyjaśnia, w jaki sposób w ramach projektu udało się przejść od produkcji membran wielkości małych płytek (o powierzchni nie większej niż kilka centymetrów kwadratowych) do wytwarzania ich w technologii roll-to-roll, która umożliwia produkcję membran o powierzchni kilku tysięcy metrów kwadratowych: „W ciągu trzech lat trwania projektu AMBROSIA podołaliśmy temu zadaniu, opracowując zgodne z normą branżową elementy, które mogą dorównać dostępnym na rynku produktom pochodzącym od dostawców z ponad 30-letnim doświadczeniem w produkcji, a nawet je przewyższyć. Oznacza to, że na tym etapie dysponujemy przedkomercyjną wersją membrany do odwróconej osmozy wody słonawej, nazwanej Aquaporin Inside®”.
Czysta woda pitna i korzyści dla przemysłu
Droga od produkcji na małą skalę pilotażową do technologii umożliwiającej powlekanie setek metrów membrany nie była pozbawiona wyzwań, które wymagały wytężonej pracy wszystkich osób w firmie. Jak zaznacza Vogel: „Musieliśmy rozwiązać wiele problemów, zwłaszcza po to, by móc przenieść protokoły z laboratorium do maszyny produkcyjnej i stworzyć stabilny produkt o jednorodnym charakterze. Wymagało to zaangażowania grupy badawczo-rozwojowej w Danii, przeprowadzenia większej liczby prób pilotażowych we współpracy z naszym zespołem w Singapurze, a także wielokrotnego testowania pełnowymiarowej maszyny. W tym czasie zadaniem naszych specjalistów w dziedzinie badań nad białkami była optymalizacja rozwiązania Aquaporin Inside®, tak by spełniało wymagania produkcji na dużą skalę, a nasz zespół ds. rozwoju biznesu i sprzedaży intensywnie pracował nad stworzeniem bazy potencjalnych klientów i partnerów działań testowych, którzy byliby skłonni zaangażować się w nowatorskie przedsięwzięcie”. Opracowanie membrany biomimetycznej toruje drogę dla ukierunkowanego rozwoju produktów w sektorach odsalania wody oraz produkcji żywności i napojów, a także daje możliwość stworzenia energooszczędnego systemu filtracji wykorzystującego odwróconą osmozę wody słonawej do celów gospodarczych i przemysłowych. Faktem jest jednak, że innowacyjna membrana już teraz zajmuje centralne miejsce w projektach w dziedzinie badań i innowacji realizowanych zarówno w Europie, jak i na całym świecie. „Będzie ona przedmiotem prac projektu REWAISE, realizowanego w ramach programu »Horyzont 2020«, który pozwoli na dalszą optymalizację składu chemicznego membrany oraz przetestowanie go w pilotażowych warunkach przemysłowych zbliżonych do komercyjnych”, mówi Vogel. „Ponadto opracowujemy technologię filtracji opartą na odwróconej osmozie wody słonawej na potrzeby odzyskiwania wody i zasobów w ramach europejskiego projektu dotyczącego oczyszczania ścieków komunalnych”. Wyniki projektu AMBROSIA mają szansę przyczynić się do sukcesu globalnych wysiłków zmierzających do przezwyciężenia problemu niedoboru wody – jednego z największych wyzwań naszych czasów.
Słowa kluczowe
AMBROSIA, woda, membrana, odsalanie, odwrócona osmoza wody słonawej, energia, Aquaporin, biomimetyczny, zmiana klimatu, odwrócona osmoza, woda brachiczna, woda słonawa
