Odsolování za hubičku: síto z grafenu změní slanou vodu na sladkou

Prakticky každá seriózní předpověď pro 21. století operuje s tím, že nás čeká velký nedostatek pitné vody. Klimatické změny i zvyšující se počet lidí ruku v ruce s rostoucí poptávkou průmyslu činí z "válek o vodu" stále reálnější scénář, s nímž operují i vojenští plánovači. Většina lidstva má přitom paradoxně vodu na dohled – žije totiž na pobřeží moří a oceánů. Dosavadní metody odsolování mořské vody, které by vyhověly poptávce žíznivých mas, byly ovšem příliš drahé. Novinky, jako je grafenové síto, to však mohou změnit.

Nejmenší síto světa

Nejnovější grafenové síto pro filtraci vody se svým týmem v minulém týdnu představil Dr. Rahul Nair z University of Manchester. Jak naznačuje název, princip staví na grafenu. Tato supertenká forma uhlíku izolovaná poprvé v roce 2004 je vzdor tomu, že má na tloušťku jediný atom, jedním z nejpevnějších materiálů na světě. Grafen disponuje i celou řadou exotických vlastností, díky nimž se do něj vkládá velká naděje mimo jiné i pro stavbu budoucích baterií. Nairův přístup však nehodlá stavět ani tak na pevnosti materiálu, jako spíše na velikosti "oček" jeho molekulárního síta.

Nair není první, koho napadlo využít grafenu pro desalinaci mořské vody. Doposud byly však membrány grafenových struktur příliš velké, takže sice zastavily větší částečky soli, nikoliv však už částečky menší. Nairův tým ovšem s využitím derivátu grafenu známého jako oxid grafenu vytvořil membránu, jejíž nanokapiláry vytvářejí stejnolitou velikost a po ponoření do vody se ještě mírně zúží – dost na to, aby v nové sestavě zastavily sůl, ale propustily dále molekuly vody. Nairův tým je přitom pionýrem v demonstraci použitelnosti právě této metody v praxi.

Oxid grafenu lze přitom snadno vytvářet oxidací v laboratoři a poté nanášet na jiný materiál, který slouží jako filtr. A to je snad ještě podstatnější pokrok – znamená totiž, že podobné síto bude možné vytvářet na průmyslové úrovni, a tak zavádět levněji tam, kde je nejvíce potřeba. Stále přesnější úprava struktur grafenu navíc dává šanci proces desalinace v budoucnu zlevnit – kapiláry o přesné velikosti slibují přesnější filtraci a časem by se mohly naučit propouštět nezbytné minerály, nikoliv však již nechtěnou sůl.

Nanotechnologií proti žízni

Dosavadní desalinace uhasí žízeň jenom 1 % světové populace, její princip je totiž příliš drahý. Odsolovací fabriky používají princip tzv. reverzní osmózy, při němž je voda pod vysokým tlakem proháněna množinou sít a k tomu je potřeba velký energetický příkon pro pumpy. Výslednou vodu je navíc nutno později dochucovat minerály, aby nebyla zdraví škodlivá. Reverzní osmózy nás grafenová síta možná zbaví, pozdější úpravy však zřejmě zatím ne.

Pokrok přitom kráčí kupředu i na jiných polích desalinace. Vědci z Illinois loni vytvořili rovněž nanosíto z disulfidu molybdenu, které předešlá grafenová síta skoro o 70 % překonalo. Molybden na jedné straně síta totiž vodu přitahuje, zatímco síra na straně druhé ji odpuzuje – díky tomu se voda vlastně filtruje sama. Po které z technologií sáhne průmysl, je však zatím předčasné spekulovat. Jak práce z Illinois, tak i Nairova síta z oxidu grafenu jsou stále v základní fázi výzkumu.

Zbývá totiž ještě mnoho otázek k vyřešení. Není třeba jasné, je-li Nairovo síto z oxidu grafenu také použitelné v běžném procesu. Bude třeba zjistit takové „detaily“, jako zdali síta "nepropouštějí" kousky grafenu do filtrované vody. Zdravotní důsledky požití grafenu jsou rovněž prozatím ještě v zásadě neznámé. Pokud si síta grafen nechají pro sebe, nebude to problém, pokud však nikoliv, bude nutno zjistit, jak průniku částeček do vody zabránit.

To vše značí ještě spoustu vědecké práce. Na každý pád však nyní výsledky znovu podtrhávají, proč je nanotechnologie a grafen jako její produkt tak často skloňována jako věda budoucnosti.

Text: Ladislav Loukota

Věda a technika

Nejsilnější materiál světa: 10 způsobů, jak grafen změní budoucnost