Verrassende technologieën kunnen toegang tot schoon water helpen verschaffen en de wereldwijde watercrisis helpen oplossen.
Meer dan 2 miljard mensen in de wereld hebben geen toegang tot veilig drinkwater, volgens de Verenigde Naties. Door natuurlijke waterschaarste en door de klimaatverandering veroorzaakte droogteperioden hebben veel mensen slechts beperkte toegang tot water, terwijl anderen te lijden hebben onder verontreinigde watervoorraden. Velen worden met beide problemen geconfronteerd.
Er zijn vindingrijke hulpmiddelen en technieken in opkomst om water te genereren en schoon te maken. Wetenschappers hebben microhersencomputers gecreëerd om toxiciteit te detecteren, hebben lood uit H2O geschokt met elektriciteit en hebben een energievrij zuiveringsapparaat gebouwd dat bestand is tegen menselijke fouten.
Deze technologieën zouden uiteindelijk de gezondheid van mensen over de hele wereld kunnen beschermen, zowel in steden met loodverontreinigde leidingen als op het platteland waar gemeenschappelijke waterputten droog kunnen komen te staan.
Woestijn Oogster
Een van de rijkste waterbronnen van de aarde zit verborgen in het zicht: lucht.
Minder dan 0,001 procent van het vocht in de atmosfeer kan elke persoon op aarde van 50 liter water voorzien, volgens Omar M. Yaghi, PhD, de James en Neeltje Tretter Leerstoel Professor in de Scheikunde aan de Universiteit van Californië in Berkeley.
Yaghis lab heeft een nieuwe manier ontwikkeld om deze immense, onzichtbare bron aan te boren.
Ze naaien moleculen aan elkaar tot structuren die lijken op steigers, waarbij organische moleculen dienen als stutten en metaalatomen als verbindingen. Deze metaal-organische raamwerken, of MOF's, hebben een enorm oppervlak: twee voetbalvelden van uitgestrektheid opgevouwen in een erwtensnede.
Yaghis plexiglas wateropvangbak zit vol met MOFs, die zelfs uit de droogste woestijnlucht water kunnen halen. De doos warmt op bij blootstelling aan zonlicht, waardoor de MOF's vocht uit de lucht halen, dat later vrijkomt als kant-en-klaar drinkwater.
Er is geen ander materiaal in de wereld dat water opneemt en het op die manier, bij zeer lage vochtigheid, afgeeft, behalve de MOF, zegt Yaghi.
Met slechts 200 gram MOF's kan de door zonne-energie aangedreven box meer dan een gallon water per dag oogsten.
De elektrische versie kan de oogst-en-afgifte cyclus de hele dag herhalen.
Bio-Brain Toxine Detector
Microscopische, eencellige organismen kunnen de sleutel bevatten tot een ander probleem: een eenvoudige test voor waterveiligheid.
Microben zijn geëvolueerd om giftige stoffen in water te herkennen en zich daartegen te beschermen die mensen niet kunnen proeven of zien, zoals arsenicum, E. coli en lood.
"Ze hebben zoiets als een genetisch moleculair brein dat hen hierbij helpt," zegt Julius B. Lucks, PhD, professor en vice-voorzitter van de afdeling chemische en biologische techniek aan de Northwestern University.
Microben hebben biosensoreiwitten, ook wel biosensoren genoemd, die zich aan toxines hechten, een proces dat een bepaald gen activeert, zoals een gen dat lood uit het organisme wegpompt.
De onderzoekers ontdekten dat zij bepaalde biosensoren konden extraheren en het DNA zo konden aanpassen dat een ander gen werd geproduceerd: een gen dat oplicht in aanwezigheid van de verontreiniging.
Vervolgens bewerkten zij meer biosensoreiwitten en herontwierpen deze om te reageren op specifieke niveaus van verontreiniging.
Het eindproduct is een draagbare DNA-computer: een rij reageerbuisjes met gevriesdroogde eiwitten. Hoe hoger de verontreiniging in een watermonster, hoe groter het aantal buisjes dat gaat gloeien.
Alleen als aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, komen de uiteindelijke DNA-moleculen samen en produceren ze een fluorescerende kleur, zegt Lucks. Het is een beetje magisch.
Foutloze chloorverdeler
Chloor is een krachtig middel om ziekteverwekkers in water te doden, maar het kan lastig zijn om het effectief te gebruiken. Gangbare methoden, zoals chloortabletten en doseerapparaten met knoppen, laten veel ruimte voor menselijke fouten.
Onderzoekers van het Tufts Institute of the Environment wilden het gebruik van chloor eenvoudig maken voor gemeenschappelijke waterbronnen op plaatsen waar geen elektriciteit is.
Hun elegante oplossing bestaat uit slechts twee onderdelen: een klein kastje dat aan het uiteinde van een waterleiding wordt bevestigd en een tank gevuld met vloeibaar chloor.
Veel van de gezondheidsvoordelen die we hebben gevonden met behandeld water, vereisen dat je je water de hele tijd behandelt, zegt Julie E. Powers, hoofdonderzoeker van het apparaat toen ze in Tufts werkte en nu een PhD-student in milieutechniek aan UC Berkeley.
Omdat de doos een kleinere diameter heeft dan de pijp, veroorzaakt hij een drukverandering als het water erdoor stroomt. Deze drukverschuiving, bekend als het Venturi-effect, trekt chloor uit de tank in de waterstroom, zodat het automatisch wordt behandeld zonder elektriciteit.
De onderzoekers installeerden het Venturi-apparaat in waterkiosken in zeven gemeenschappen in Bangladesh en Kenia, waar de toegang tot schoon water vaak beperkt is. Na een proefperiode van 6 maanden kozen vijf gemeenschappen ervoor het aan te schaffen.
Shock Water Therapie
Verbijsterd door de loodwatercrisis in Flint, Michigan, hebben wetenschappers en studenten van het Massachusetts Institute of Technology hun ontziltings technologie hergebruikt om zware metalen te verwijderen.
Ze hadden al uitgevonden hoe ze elektriciteit konden gebruiken om onzuiverheden in water te scheiden. Die methode, bekend als shock electrodialyse, kan grote hoeveelheden natrium uit zeewater verwijderen. Maar natrium is een essentieel ingrediënt in drinkwater, waar het in veel kleinere concentraties voorkomt, en lood is moeilijk te verwijderen zonder al het andere te verwijderen.
Lood is erg lastig. Als je het probeert te filteren met behulp van elektriciteit, kan het een spelletje met je spelen en zich vasthechten aan de wanden of de oppervlakken van het systeem dat je gebruikt, zegt Mohammad A. Alkhadra, een promovendus bij het Department of Chemical Engineering aan het Massachusetts Institute of Technology.
Hun technologie berust op elektrisch geladen poreuze materialen, zoals microscopisch kleine stukjes glas, die opgesloten blijven in een filteromhulsel zoals de actieve kool in een Brita-filter, en verwijdert 95 procent van het lood.
Deze materialen verhogen de elektrische geleidbaarheid van het water, waardoor natrium- en metaalionen in beweging komen en een gezuiverde zone achterlaten. Alleen het zuivere water uit die zone wordt naar een drinkwatertank geleid.
Ik ben opgegroeid met de waarde van water, zegt Alkhadra, die opgroeide in Saoedi-Arabië, een land dat wordt geteisterd door waterschaarste.
Nu een groeiend aantal mensen geconfronteerd wordt met slinkende en vervuilde watervoorraden, is het een mentaliteit die velen wellicht zullen moeten omarmen.
