In deze maand Natuurkunde Wereld , Jason Reese, Weir hoogleraar thermodynamica en vloeistofmechanica aan de Universiteit van Strathclyde, beschrijft de rol die koolstofnanobuisjes (CNT's) zouden kunnen spelen bij de ontzilting van water, een mogelijke oplossing bieden voor het probleem van de steeds groter wordende wereldbevolking die steeds meer vers drinkwater vraagt.

Projecties van de wereldbevolking suggereren dat de wereldwijde vraag naar water vóór 2030 met een derde zal toenemen.

Maar met meer dan een miljard mensen die al een tekort aan drinkwater hebben, en met een potentiële 3-4 ^O C temperatuurstijging en daaropvolgende herverdeling van regenpatronen, dingen zullen waarschijnlijk nog erger worden.

CNT's - in wezen vellen koolstof van één atoom dik die in cilinders zijn gerold - zijn onderzocht door Reese en zijn onderzoeksgroep, met behulp van computersimulaties, als een nieuwe manier om deze uitdaging aan te gaan en overvloedig zeewater om te zetten in zuiver, schoon drinkwater.

Hun techniek is gebaseerd op het proces van osmose - de natuurlijke beweging van water van een gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen over een permeabel membraan naar een gebied met een hoge concentratie. Maar net als bij de meeste bestaande waterontziltingsinstallaties, De techniek van Reese gebruikt eigenlijk het tegenovergestelde proces van "omgekeerde osmose", waarbij water in de tegenovergestelde richting beweegt, het zoute water schoon achterlaten.

Men kan zich een grote tank met water voorstellen, gescheiden in twee secties door een permeabel membraan, waarvan de ene helft zoet water bevat en de andere helft zeewater. De natuurlijke beweging van water zou van de zoetwaterkant naar de zeewaterkant gaan om te proberen het zeewater te verdunnen en de concentraties te neutraliseren.

Maar bij omgekeerde osmose wordt er een grote hoeveelheid druk uitgeoefend op de zeewaterzijde van de tank, die het proces omkeert, waardoor water naar de zoetwaterkant stroomt en het zout achterlaat.

Hoewel dit proces het noodzakelijke zout- en mineraalgehalte uit het water kan verwijderen, het is ongelooflijk inefficiënt en het produceren van de hoge drukken is duur.

Reese heeft, echter, aangetoond dat CNT's realistisch kunnen verwachten dat ze een waterdoorlatendheid hebben die 20 keer groter is dan die van moderne commerciële membranen voor omgekeerde osmose, aanzienlijk verminderen van de kosten en energie die nodig zijn voor ontzilting. Aanvullend, CNT's zijn zeer efficiënt in het afstoten van zoutionen, temeer omdat er specifieke chemische groepen aan kunnen worden gekoppeld om een ​​specifieke "poortwachter"-functie te creëren.

Zoals Reese schrijft, "De heilige graal van ontzilting door omgekeerde osmose is het combineren van hoge watertransportsnelheden met efficiënte afstoting van zoutionen. Hoewel er nog steeds veel vragen zijn, het opwindende potentieel van membranen van nanobuisjes om ontziltings- en waterzuiveringsprocessen te transformeren is duidelijk, en is een zeer reëel en sociaal progressief gebruik van nanotechnologie."