Onderzoekers van ICIQ in Spanje hebben micromotoren ontworpen die zelfstandig rondbewegen om afvalwater te zuiveren. Bij dit proces ontstaat ammoniak, dat kan dienen als groene energiebron. Nu zal een AI-methode die is ontwikkeld aan de Universiteit van Göteborg worden gebruikt om de motoren af ​​te stemmen om de best mogelijke resultaten te bereiken.

Micromotoren zijn naar voren gekomen als een veelbelovend instrument voor milieusanering, grotendeels dankzij hun vermogen om autonoom te navigeren en specifieke taken op microschaal uit te voeren. De micromotor bestaat uit een buis gemaakt van silicium en mangaandioxide waarin chemische reacties aan één kant het vrijkomen van bellen veroorzaken. Deze belletjes fungeren als een motor die de buis in beweging brengt.

Onderzoekers van het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië (ICIQ) hebben een micromotor gebouwd die bedekt is met de chemische verbinding laccase, die de omzetting van ureum in vervuild water in ammoniak versnelt wanneer het in contact komt met de motor. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nanoscale .

Groene energiebron

"Dit is een interessante ontdekking. Tegenwoordig hebben waterzuiveringsinstallaties moeite om al het ureum af te breken, wat resulteert in eutrofiëring wanneer het water vrijkomt. Dit is vooral in stedelijke gebieden een ernstig probleem", zegt Rebeca Ferrer, een Ph.D. . student bij de groep van Doctor Katherine Villa bij ICIQ.

Het omzetten van ureum in ammoniak biedt nog andere voordelen. Als je de ammoniak uit het water kunt halen, heb je ook een bron van groene energie, want ammoniak kan worden omgezet in waterstof.

Er moet nog veel ontwikkelingswerk worden gedaan, waarbij de bellen die door de micromotoren worden geproduceerd een probleem vormen voor onderzoekers.

“We moeten het ontwerp optimaliseren zodat de buizen het water zo efficiënt mogelijk kunnen zuiveren. Hiervoor moeten we zien hoe ze bewegen en hoe lang ze blijven werken, maar dit is lastig te zien onder een microscoop omdat de belletjes het zicht belemmeren", legt Ferrer uit.

Er blijft nog veel ontwikkelingswerk

Dankzij een AI-methode ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Göteborg is het echter mogelijk om de bewegingen van de micromotoren onder een microscoop te schatten. Machine learning maakt het mogelijk om meerdere motoren in de vloeistof tegelijkertijd te monitoren.

"Als we de micromotor niet kunnen monitoren, kunnen we hem niet ontwikkelen. Onze AI werkt goed in een laboratoriumomgeving, waar het ontwikkelingswerk momenteel aan de gang is", zegt Harshith Bachimanchi, een Ph.D. student aan de afdeling natuurkunde, Universiteit van Göteborg.

De onderzoekers kunnen moeilijk zeggen hoe lang het zal duren voordat stedelijke waterzuiveringsinstallaties ook energieproducenten kunnen worden. Er blijft nog veel ontwikkelingswerk bestaan, onder meer op het gebied van de AI-methode, die moet worden aangepast om in grootschalige tests te kunnen werken.

"Ons doel is om de motoren tot in de perfectie af te stemmen", zegt Bachimanchi.

Meer informatie: Rebeca Ferrer Campos et al, Door bellen aangedreven micromotoren voor de opwekking van ammoniak, Nanoschaal (2023). DOI:10.1039/D3NR03804A

Journaalinformatie: Nanoschaal

Aangeboden door Universiteit van Göteborg