Borova grana - nanofilter za vodu

Pripremio: Matija Parun

Ako vam na kampovanju ponestane pitke vode, postoji jednostavno rešenje: odlomite granu s najbližeg borovog drveta, odstranite joj koru i polako sipajte jezersku vodu kroz samu granu. Istraživači s Masačusestskog tehnološkog instituta (MIT) otkrili su da se ovim primitivnim načinom filtriranja može proizvesti i do četiri litra pitke vode dnevno.

U radu objavljenom krajem februara u časopisu PLOS ONE („Filtriranje vode pomoću biljnog ksilema“), istraživači su predstavili kako se, pomoću malog komada beljike, iz vode može odstraniti više od 99% bakterije Escherichia coli. Istraživanje ukazuje da veličina pora beljike – kroz koju se sokovi transportuju uz stablo – dopušta provođenje vode, dok istovremeno odstranjuje većinu bakterija.

Jedan od autora, Rohit Karnik, vanredni profesor mehaničkog inženjeringa na MIT-u, kaže da bi beljika mogla biti jeftin i efikasan materijal za prečišćavanje vode, naročito u ruralnim krajevima gde napredniji načini prečišćavanja nisu dostupni: „Savremene membrane za filtraciju imaju nano-pore koje ne možete tek tako proizvesti u svojoj garaži“, kaže Karmik. „Ovde je zamisao da membranu ne moramo da proizvodimo jer je ona već spremna i lako dostupna. Samo uzmete parče drveta i od njega napravite filter.“

Istraživači su osmislili jednostavan filter od borove grančice na koju su pričvrstili plastičnu cevčicu

Danas postoje brojne metode prečišćavanja vode: one pomoću hlora dobro funkcionišu u velikim razmerama, ali su skupe; prokuvavanjem se zagađivači uspešno uklanjaju, ali se za zagrevanje troši puno energije; filtriranjem pomoću membrana uspešno se uklanjaju mikrobi, ali je neophodna upotreba pumpi, a membrane su skupe i lako se zagušuju.

Beljika bi mogla biti jeftina alternativa, upotrebljiva u malim razmerama, s obzirom da je drvo sačinjeno od ksilema, poroznog tkiva koje provodi sokove od korena do krošnje kroz svoje sudove i pore. Svaki sud je omeđen zidovima i opšančenim jamicama premošćenim tankom membranom, tj. sitnom porom kroz koju sokovi prolaze između dva suda. Jamice sprečavaju kavitaciju, tj. proces u kojem bi se stvorio mehur vazduha koji bi potom narastao i na kraju sasvim sprečio protok sokova. One zahvataju te mehurove i time sprečavaju njihovo širenje kroz drvo.

„Biljke su morale da shvate kako da uhvate mehurove, a da zadrže neometano tečenje sokova“, kaže Karnik. „Mi imamo isti problem kod filtriranja vode kada pokušavamo da odstranimo mikrobe i da zadržimo brzinu protoka; zanimljiva koincidencija.“

Za ispitivanje sposobnosti filtriranja pomoću beljike, istraživači su prikupili grane belog bora,  okorili ih i potom isekli na epruvete dugačke oko 2,5 cm i široke oko 1,2 cm i na svaku od njih pričvrstili plastičnu cevčicu, pomoću epoksidne smole i klamfice. Pre eksperimentisanja sa kontaminiranom vodom, istraživači su kroz epruvete najpre propustili vodu u kojoj su rastvorili crveno mastilo sa česticama veličine između 70 i 500 nanometara. Potom su epruvete prepolovili po dužini i primetili da se većina mastila zadržala pri vrhu epruveta, dok je prečišćena voda bila sasvim bistra. Ovime su pokazali da je beljika prirodno sposobna za filtriranje čestica i većih od 70 nm.

Međutim, u drugom eksperimentu se pokazalo da nije moguće odstraniti čestice manje od 20 nm, što je pokazalo da postoji granica ispod koje beljika četinara više nije pogodna za prečišćavanje.

Slika elektronskog mikroskopa prikazuje bakterije E. coli (zeleno) uhvaćene u membrane ćelijskih zidova (crveno i plavo) beljike nakon filtracije

Najzad, upotrebili su vodu kontaminiranu bakterijom E. coli. Kada su ispitali ksilem, pokazalo se da su se bakterije akumulirale na membranama u prvih nekoliko milimetara drveta. Prebrojavši bakterije u prečišćenoj vodi, utvrdili su da je beljika uspela da iz vode isfiltrira preko 99% bakterija.

Karnik kaže da beljika verovatno može da odstrani većinu bakterijskih vrsta, od kojih su najmanje – veličine oko 200 nm. Međutim, beljika verovatno nije upotrebljiva za viruse jer su oni mnogo manjih dimenzija. Ova grupa istraživača planira nova istraživanja sa drugim drvnim vrstama. Uopšteno, pore cvetnica su manjih dimenzija i možda bi mogle da odstranjuju i manje čestice. Ipak, njihovi sudovi su znatno duži od sudova četinara, što ih čini nešto nepraktičnijim za spravljanje filtera malih dimenzija.

Dizajneri budućih filtera od beljike će morati da nađu načina da ili održavaju drvo vlažnim ili da mu očuvaju filtraciona svojstva nakon sušenja jer su, eksperimentisanjem sa suvom beljikom, Karnik i tim utvrdili da voda kroz nju ili ne prolazi dobro, ili prolazi kroz pukotine, ali ne odstranjuje zagađivače.

„Razlike između vrsta su ogromne“, kaže Karmik. „Možda postoje vrste koje mogu mnogo bolje da filtriraju. U idealnom slučaju, filter za vodu bi se sastojao od tankog parčeta drveta koje bi se koristilo nekoliko dana i onda zamenjivalo drugim, uz minimalan trošak. To bi bilo neuporedivo jeftinije od najnaprednijih membrana na današnjem tržištu.“

Iako su drvne pore prevelike za odstranjivanje soli, Sorija Prakaš, asistentkinja na Državnom univerzitetu u Ohaju, kaže da bi ovakav dizajn bio upotrebljiv u krajevima sveta gde ljudi prikupljaju površinsku vodu koja je zagađena finom prašinom i biogenim ostacima. Većina tih nečistoća bi se mogla ukloniti ovakvim jednostavnim i jeftinim filterom.