Waterzuiverende beker maakt drinkbaar water uit beekjes en beekjes

Een golf van stormen in Texas in de afgelopen jaren – van de orkaan Harvey in 2017 tot de diepvries in 2021 – heeft grote delen van de bevolking in gevaar gebracht en miljoenen mensen gedurende lange perioden zonder elektriciteit of water gelaten.

Deze calamiteiten hebben ook gediend als motivatie voor een onderzoeker aan de Universiteit van Texas in Austin om haar werk te heroriënteren op innovaties die gemeenschappen kunnen helpen reageren op ernstige weersomstandigheden. Haar nieuwste project is een apparaat ter grootte van een mok dat snel water kan zuiveren met behulp van een kleine stroomstoot om bacteriële cellen eruit te vissen. In laboratoriumexperimenten was het apparaat in staat om in ongeveer 20 minuten 99,997% van de E. coli-bacteriën te verwijderen uit monsters van 2 tot 3 ounce genomen uit Waller Creek in Austin, met de capaciteit om meer te doen.

“We zijn in staat water schoon te maken met heel weinig energie omdat we de bacteriecellen sturen met elektrische velden, en de meeste bacteriecellen zijn natuurlijke zwemmers die zichzelf voortstuwen naar elektroden en levend gevangen worden”, zegt D. Emma Fan, een universitair hoofddocent in de Cockrell School of Engineering’s Walker Department of Mechanical Engineering, die het recent gepubliceerde onderzoek leidde ACS Nano.

De sleutel tot het apparaat is een “vertakte” elektrode die het onderzoeksteam eerder heeft gemaakt. De structuur van de gepatenteerde elektrode is gebaseerd op een wortelsysteem in een boom met takken die zich in verschillende richtingen verplaatsen.

Wanneer het apparaat wordt geëlektrificeerd, creëert het een veld waar de E. coli-cellen naartoe worden getrokken. Ze “zwemmen” gewillig in de elektrodetakken.

De elektrode is gemaakt van grafietschuim, compatibel en duurzaam in elektrische velden, en kan vele uren continu werken. Naast zijn efficiëntie is het apparaat goedkoop – het kost minder dan $ 2 om de met schuim omhulde elektrode te maken.

Het is ook eenvoudig te gebruiken. Dompel eerst de met elektroden gevulde beker in water. Geef het vervolgens een elektrische schok, wacht en laat de elektroden bacteriën eruit vissen. Wacht vervolgens en verwijder het water, dat nu drinkbaar is.

De onderzoekers onderzoeken nu manieren om het te commercialiseren en willen vervolgens het ontwerp van de beker stroomlijnen. Degene die wordt gebruikt om water uit Waller Creek te zuiveren, is een 3D-geprint prototype. Het team wil het proces van het inbrengen en verwijderen van de elektroden verder vereenvoudigen.

Van de verschillende huidige methoden voor eenvoudige, commerciële waterfiltratie, heeft elk een aanzienlijk gebrek. Bij het desinfecteren van pillen kunnen oxidanten vrijkomen die bij inname schadelijk kunnen zijn. Omgekeerde osmosesystemen hebben een hoge waterdruk nodig en zonnestoomsystemen hebben constant zonlicht nodig, wat onbetrouwbaar is bij natuurrampen.

Bovendien maakt het gebruik van elektrische stroom integratie met batterijen mogelijk voor opgeslagen energie en kan het gemakkelijk thuis, op kantoor of in een auto worden gebruikt. De energiekosten zijn ook veel lager dan die van verschillende opkomende technologieën, bijvoorbeeld een duizendste van die voor zonnestoom.

De elektrode die in het apparaat wordt gebruikt, is oorspronkelijk gemaakt voor supercondensatoren. Schat dat de bevolking van Texas tegen 2050 zou verdubbelen en de behoefte aan onderzoek om veerkracht aan te pakken nadat Harvey Fan had gemotiveerd om haar werk te concentreren op natuurrampen.

In het geval van een stroomstoring of een melding van kokend water, kan een persoon die een apparaat met deze technologie bezat, naar een beek of beek rijden, het aansluiten op de accu van de auto via een eenvoudige gelijkstroom-wisselstroomomzetter en water zuiveren mee naar huis nemen als drinkvoorraad. Het kan ook worden aangedreven met behulp van zonnepanelen met hetzelfde principe.

“Als onze waterinfrastructuur uitvalt – geen water, geen gas en geen elektriciteit – hebben we apparaten nodig voor het reinigen van water dat we uit vijvers, beekjes of rivieren kunnen halen,” zei Fan. “We geloven dat ons apparaat op een dag in die behoefte kan voorzien.”