Plastik wpływa, czysta woda wypływa. Filtr genialny w swej prostocie

Okazuje się, że nie potrzeba skomplikowanej membrany ani gigantycznej instalacji. Naukowcy związani z University of Waterloo w Kanadzie zbudowali filtr złożony z niewielkich dysków wydrukowanych w 3D. Gdy ułożyli ich 20 jeden na drugim, konstrukcja zatrzymywała nawet 90 proc. mikroplastiku przepływającego wraz z wodą.

Sam pomysł jest tak naprawdę dość prosty. Zamiast próbować wytworzyć jedną bardzo skomplikowaną membranę, badacze przygotowali zestaw niewielkich dysków, przez które kolejno przepływa woda. Dyski można układać jeden na drugim i w ten sposób wydłużać drogę, jaką muszą pokonać znajdujące się w niej drobiny plastiku.

W eksperymentach sprawdzano kolumny składające się z od ośmiu do 20 takich elementów. Najlepiej poradziła sobie najdłuższa konfiguracja. Przy 20 dyskach z wody znikało około 90 proc. badanych cząstek mikroplastiku. Większe drobiny były zatrzymywane niemal całkowicie. Znacznie trudniejszym przeciwnikiem pozostawały te o rozmiarach poniżej 10 mikrometrów. To właśnie ostatnia grupa odpowiada w dużej mierze za brakujące 10 proc. Naukowcy chcą teraz zmodyfikować filtr tak, żeby skuteczniej radził sobie również z najmniejszymi cząstkami.

90 proc. nie jest jednak jakimś rekordem świata. Na Spider’s Web opisywaliśmy już eksperymentalny materiał, który w określonych warunkach usuwał z wody nawet 99,9 proc. mikroplastiku. W projekcie z Waterloo najciekawsze jest więc to, że konstrukcja ma być tania, prosta do produkcji i łatwa do dopasowania do konkretnego zastosowania.

Pamiętajmy, że domowe sposoby pozbywania się mikroplastiku z wody mają bardzo różną skuteczność. Filtry mechaniczne, węglowe czy systemy odwróconej osmozy działają na innych zasadach i różnie radzą sobie z najmniejszymi cząstkami. Konstrukcja z drukarki 3D miałaby być kolejnym narzędziem, ale takim, które można łatwo zmieniać zależnie od zastosowania.

Zwykły kawałek tworzywa wydrukowany metodą FDM nie byłby jednak szczególnie dobrym filtrem. Badacze musieli więc przygotować powierzchnię, która faktycznie będzie zatrzymywała mikroplastik. Podstawowym materiałem został PLA, czyli polilaktyd dobrze znany również użytkownikom domowych drukarek 3D. Do niego dodano glikol polietylenowy, PEG. Pełni on funkcję materiału tymczasowego. Po wydrukowaniu elementu PEG można wypłukać wodą, pozostawiając po nim sieć bardzo niewielkich porów.

W efekcie powierzchnia przestaje być gładką plastikową ścianką. Woda ma kontakt ze znacznie większym obszarem materiału, a cząstki mikroplastiku dostają więcej okazji, żeby zostać zatrzymane. Na tym jednak nie koniec. Badacze pokryli powierzchnię materiałem zwiększającym przyczepność cząstek. Nie chodzi o zwyczajne zaklejenie otworów. Warstwa ma zwiększać oddziaływanie między filtrem a mikroplastikiem, dzięki czemu drobiny łatwiej pozostają na powierzchni podczas przepływu wody.

Filtr korzysta więc z dwóch mechanizmów jednocześnie. Porowata struktura fizycznie utrudnia cząstkom dalszą podróż, a odpowiednio przygotowana powierzchnia zwiększa szansę, że plastik do niej przylgnie. Szczegóły konstrukcji i wyniki eksperymentów naukowcy związani z University of Waterloo opisali w badaniu opublikowanym w czasopiśmie Separation and Purification Technology.

Druk 3D ma tu naprawdę ogromny sens. Jeśli filtr ma pracować z większą ilością wody, konstrukcję można przeprojektować. Jeśli potrzebna jest większa skuteczność, można zmienić geometrię przepływu albo wydłużyć kolumnę. Nie trzeba przy tym tworzyć zupełnie nowej linii produkcyjnej. Autorzy widzą możliwość wykorzystania takiego rozwiązania zarówno w domowych systemach uzdatniania wody, jak i w większych instalacjach przemysłowych. Badacze muszą teraz przede wszystkim poprawić skuteczność wobec najmniejszych cząstek. To istotne, bo im drobniejszy plastik, tym trudniej oddzielić go klasycznymi metodami filtracji.

Problem nie kończy się zresztą na wodzie pitnej. Mikroplastik trafia do środowiska z ogromnej liczby źródeł, a jednym z nich są... nasze ubrania. Podczas prania z tkanin syntetycznych odrywają się mikroskopijne włókna, które razem ze ściekami mogą powędrować dalej. Jednocześnie coraz lepiej potrafimy sprawdzać, gdzie dokładnie znajduje się takie zanieczyszczenie. W Polsce rozwijany jest chociażby system, który ma wykrywać mikroplastik w wodzie w czasie rzeczywistym. Samo wykrycie problemu to jednak dopiero pierwszy etap. Później trzeba jeszcze skutecznie wyciągnąć drobiny z wody.

Przeczytaj także:

Skala problemu robi się jeszcze bardziej namacalna, gdy przestajemy patrzeć wyłącznie na rzeki czy oczyszczalnie. Mikroplastik został już wykryty w ludzkiej krwi, a w kolejnych badaniach jego cząstki znajdowano także w innych tkankach i narządach.

Badacze wykrywali je m.in. w próbkach pobranych z ludzkiego serca. Sam fakt obecności nie oznacza jeszcze automatycznie konkretnej choroby i nadal trwa dyskusja nad długoterminowymi skutkami ekspozycji. Trudno jednak uznać ograniczanie ilości plastiku trafiającego do wody za niepotrzebne.

*Źródło grafiki wprowadzającej: Svetlozar Hristov, Getty Images, Canva Pro / Canva Pro