Saltvand kan forvandles til drikkevand med nanorør
Kulstof-nanorør med en diameter mindre end en milliontedel millimeter tillader vandatomer og ikke så meget andet at passere. Forskerne håber, at de små nanorør kan bruges i effektive membraner, der kan forvandle havvand til drikkevand.
Nanorør i membran

Nanorør indsat i membraner kan rense vand hurtigt og effektivt. Vandmolekylerne slipper nemlig hurtigt igennem. (Illustration: Y. Zhang/A. Noy)

Nanorør af kulstofatomer kan fungere som bittesmå vandrør, hvor der kun er plads til vandmolekyler, der passerer hurtigt igennem på rad og række.

Historien kort
  • Nyt eksperiment viser, at kulstof-nanorør kan filtrere vand hurtigt og effektivt.
  • Forskerne håber, at nanorørene eksempelvis kan anvendes til at skaffe rent drikkevand ved afsaltning af havvand.
  • Nanorørene er mere effektive end aquaporiner, naturens egne nano-vandfiltre. Men der er mange udfordringer, der skal overvindes, før nanorør-vandfiltre kan komme i handlen.

I en membran kan de små kulstofrør fungere som ganske fine porer, der sørger for, at kun rent vand trænger igennem. På den måde kan de bruges til effektiv vandrensning og for eksempel gøre havvand til drikkevand, har forskere fra USA fundet ud af.

Det fremgår af en ny artikel i det videnskabelige tidsskrift Science.

»Faktisk virker de tilsyneladende bedre end nogen anden membran-nanopore, kunstig eller biologisk,« siger Aleksandr Noy, der stod i spidsen for det nye studie, og som er adjunkt på University of California og seniorforsker på Lawrence Livermore National Laboratory i USA.

Virker bedre end naturen

Fire milliarder mennesker har problemer med at skaffe rent drikkevand i perioder, og en halv milliard mangler rent vand hele året, viser en undersøgelse foretaget af hollandske forskere. Så behovet for effektive vandrensningssystemer, der er til at betale, er absolut til stede.

En oplagt løsning er at omdanne saltvand til drikkevand. Det gøres i forvejen i mange lande, men håbet er, at nanorørene kan gøre jobbet bedre og billigere end de eksisterende metoder engang i fremtiden.

Forskerne fandt ud af, at nanorørene virker endnu bedre end naturens egne miniature-vandfiltre –  de såkaldte aquaporiner. De sidder i cellemembraner hos dyr og planter og sørger for, at vand – og kun vand – kan passere igennem.

Aquaporiner bruges allerede i vandfiltre, idet det danske firma Aquaporin sælger aquaporin-baserede vandfiltreringssystemer. Blandt køberne er kinesere, der vil sikre sig helt rent drikkevand.

Mindre end en milliontedel millimeter

De nanorør, der virker bedst, er 0,8 nanometer i diameter, altså lige under en milliontedel millimeter. Det svarer cirka til en hundredtusindedel af bredden af et hår, så vi er absolut i småtingsafdelingen. De 10 nanometer lange nanorør blev placeret i en membran af lipiddobbeltlag, der minder om cellemembraner.

Kulstof-nanorør med en diameter på 0,8 nanometer tillader vandmolekyler at passere. Det kræver, at vandmolekylerne arrangerer sig i en lang kæde, bundet sammen af brintbindinger. (Video: Y. Zhang, A. Noy)

Det er ikke en ny idé, at man måske kan benytte kulstof-nanorør til at filtrere vand. Men det har knebet med at fremstille nanorørene i præcis den rette størrelse.

Det fortæller Claus Hélix-Nielsen, der er lektor på Institut for Vand og Miljøteknologi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU Miljø) og samtidig Chief Technology Officer i Aquaporin, der udspringer af DTU-forskning:

»Det er lidt af et gennembrud, at man nu kan kontrollere og fintune diameteren på nanorørene ekstremt præcist og bruge dem i et eksperimentelt system. Det har man prøvet i mange år, og det har været teknologiens akilleshæl. Nanorørerne skal ikke være meget større end de 0,8 nanometer, før de ikke virker.«

Ikke kun vand slipper igennem

Nanorørene slipper vandmolekyler igennem seks gange hurtigere end aquaporiner. Forskerne mener, at vandmolekylerne løber lige igennem nanorørene, mens de bliver bremset på deres vej igennem aquaporin-kanalen, fordi de midlertidigt kan binde sig til aminosyrer derinde.

Aquaporin og nanorør

Både aquaporiner (tv.) og nanorør kan bruges i membraner, der kan filtrere vand. (Tegning: Science)

»Nanorør-poriner formår at kombinere meget små pore-størrelser, der presser vandet ned til en enkelt kæde af vandmolekyler holdt sammen af brintbindinger med atomart glatte, vandafvisende vægge. Det muliggør en ekstremt hurtig vandtransport,« fortæller Aleksandr Noy.

I modsætning til aquaporinerne lader nanorørene dog ikke kun vandmolekyler igennem, siger Claus Hélix-Nielsen:

»Udover vand slipper der også kalium-ioner igennem. I hvert fald i dette forsøg. Og så kan der måske også komme andre ting igennem.«

»Filtreringen er ikke perfekt, men det betyder måske ikke det store. Det kommer an på, hvad man helt konkret vil bruge teknologien til – hvis det ellers lykkes at skalere den op.«

Langt fra at komme i handlen

Andreas Mogensen aquaporin-forsøg

På Den Internationale Rumstation udførte den danske astronaut Andreas Mogensen et forsøg med vandrensning ved hjælp af aquaporiner. Men måske fungerer nanorør bedre. (Foto: NASA/ESA)

Der er dog langt igen, før nanorørerne kan sættes ind i kampen for at skaffe rent drikkevand. Hvis det virkelig skal batte, skal forskerne være i stand til at fremstille solide membraner i kvadratmeterstørrelse, og hver eneste kvadratcentimeter skal rumme noget i retning af 100 milliarder nanorør, der skal være i den helt rette størrelse.

Aleksandr Noy tør da heller ikke gætte på, hvor lang tid der går, før nanorør for alvor kan bruges til at rense vand – hvornår teknologien kan forlade laboratoriet:

»Det vil helt klart kræve en masse ekstra arbejde at komme fra denne proof-of-concept-demonstration til nogen form for kommerciel brug. Vi skal kigge på mekanisk stabilitet, opskalering og omkostninger, før teknologien for alvor kan komme i handlen.«

Claus Hélix-Nielsen påpeger, at man også skal sikre sig, at nanorørene bliver i membranerne og ikke river sig løs og forurener det drikkevand, de ellers skulle rense. Mens de naturlige aquaporiner kan nedbrydes af kroppen, er de sundhedsmæssige konsekvenser af at blive udsat for kulstof-nanorør ikke afklarede.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud