De wereld heeft schoon water nodig, en de behoefte eraan zal de komende decennia alleen maar toenemen. Toch zijn ontzilting en andere waterzuiveringstechnologieën vaak duur en vergen veel energie om te draaien, waardoor het veel moeilijker wordt om een ​​groeiende bevolking van meer schoon water te voorzien in een opwarmende wereld.

Vooruit gaan, onderzoekers moeten instrumenten gebruiken zoals die beschikbaar zijn bij X-ray synchrotrons om de eigenschappen van materialen die betrokken zijn bij het zuiveren van zout of anderszins verontreinigd water beter te meten, beweren wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy en de University of Paderborn in Duitsland,

"Dit is echt een geschikte tijd voor het land:nationale laboratoria, academische en industriële partners - om de wetenschap met betrekking tot ontzilting" en andere technologieën voor schoon water te bevorderen, zei Michael Toney, een vooraanstaande wetenschapper bij SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource. Toney heeft samen met co-auteurs SSRL-wetenschapper Sharon Bone en professor Hans-Georg Steinrück van Paderborn zojuist een nieuw perspectief gepubliceerd op het bevorderen van schoonwatertechnologie in het tijdschrift Joule .

De uitdaging is aanzienlijk. Rond de wereld, miljarden mensen worstelen minstens een maand per jaar om schoon drinkwater te vinden, en prognoses suggereren dat de vraag naar water in sommige delen van de VS - waaronder Californië, die worstelt met droogte – zal het aanbod tegen ongeveer 2050 overtreffen.

Daarbovenop, het ontzilten of anderszins reinigen van water is vaak kostbaar en energie-inefficiënt - en het is niet altijd duidelijk hoe deze technologieën kunnen worden verbeterd.

Bijvoorbeeld, in membraan omgekeerde osmose, zout water stroomt onder druk over een membraan, schoon water door het membraan in een zoetwaterstroom duwen en zout vasthouden, organisch, en verontreinigingen op de zoute waterstroom. Toch begrijpen onderzoekers niet tot in detail de fysische en chemische processen die verantwoordelijk zijn voor die filtering of hoe sommige van de valkuilen van omgekeerde osmose, zoals vervuiling, de ophoping van organisch en anorganisch materiaal op het membraan - interfereren met het proces.

"Het is de complexiteit van deze systemen die het zo moeilijk maken om ze te onderzoeken, en daarom is de synchrotron zo waardevol, omdat het ons in staat stelt om dat te onderzoeken, " zei Prof Steinrück.

Als onderzoekers beter begrepen hoe omgekeerde osmose werkte en hoe het vervuild kan raken, ze konden aanknopingspunten vinden om het proces te verbeteren en nieuwe materialen voor schoonwatertechnologieën te ontwikkelen. Röntgenspectroscopie, bijvoorbeeld, zou kunnen onthullen welke moleculen het meest verantwoordelijk zijn voor vervuiling. Röntgenverstrooiingsexperimenten en beeldvormingsmethoden, zoals elektronenmicroscopie, zou wetenschappers en ingenieurs een beter beeld kunnen geven van wat er op kleine schaal gebeurt. Hetzelfde geldt voor andere technieken, zoals capacitieve ionisatie, een techniek die het beste werkt op zoutarm of brak grondwater en nauw verwant is aan baanbrekend batterijonderzoek. Bovendien, dit fijne begrip zou onderzoekers in staat kunnen stellen nieuwe materialen te ontwerpen voor ontzilting en om vervuiling te verminderen.

Dat soort onderzoek is ook een kans voor wetenschappers om meer directe invloed uit te oefenen op een steeds dringender mondiaal probleem - een factor die Bone motiveerde, die ook probeert te begrijpen hoe verontreinigende stoffen en voedingsstoffen door natuurlijke ecosystemen circuleren, om met collega's van SLAC en chemische ingenieurs van Stanford University te werken aan schone watertechnologieën. Werken met Stanford, afgestudeerde student chemische technologie Valerie Niemann en professor William Tarpeh, Bone en Toney zijn al begonnen te onderzoeken hoe vervuilingen zich ophopen op membranen voor omgekeerde osmose.

"Ik wilde me bij deze inspanning aansluiten omdat ik het als een kans zag om direct te werken aan een technologie die een impact zou kunnen hebben in het licht van klimaatverandering, ' zei Bone.