07.11.2016

Technologia pozyskiwania wody z mgły może pomóc przy walce z niedoborami zasobów wodnych – blog naukowy


Dr inż. Urszula Stachewicz  z Wydziału Inżynierii  Metali i Informatyki Przemysłowej została laureatką  16. Edycji Nagród Naukowych POLITYKI w kategorii nauki techniczne. Dr Stachewicz prowadzi obecnie dwa projekty, jeden dotyczy wykorzystania nanowłókien polimerowych w inżynierii tkankowej, a drugi jest związany z zastosowaniem nanowłókien do kolektorów wody z mgły. – Myślę, że jury POLITYKI szczególnie spodobał się nowatorski projekt dotyczący pozyskiwania wody z mgły – uważa laureatka konkursu.

– W obu swoich projektach wykorzystuję nanowłókna polimerowe, które są milion razy cieńsze niż ludzki włos. Nanowłókna polimerowe produkujemy przy użyciu elektroprzędzarki, którą zakupiliśmy przy okazji pierwszego projektu NCN Sonata 8 – mówi dr Stachewicz. Sam proces przędzenia jest dość prosty, wykorzystujemy wysokie napięcie, które przykłada się do igły, przez którą przepływa roztwór polimeru. Pod wpływem przyłożonego wysokiego napięcia tworzy się cienki strumień, z którego po odparowaniu rozpuszczalnika otrzymujemy nanowłókna.

– Nanowłókna mają bardzo interesujące właściwości powierzchniowe i mechaniczne ze względu na to, w jaki sposób są wytwarzane. A ponieważ jest to skala nano, a my pracujemy w Międzynarodowym Centrum Mikroskopii Elektronowej dla Inżynierii Materiałowej przy AGH i mamy dostęp do świetnych mikroskopów, możemy badać integrację komórek z nanowłóknami dla zastosowań w inżynierii tkankowej oraz odkrywać nowe zjawiska związane ze zwilżaniem nanowłókien w kontekście pozyskiwania wody z mgły– tłumaczy finalistka konkursu POLITYKI.

Drugi projekt, niedawno rozpoczęty, dotyczy wykorzystania nanowłókien do zbierania wody. Aby było to możliwe naukowcy tworzą tzw. kolektory wodne, czyli gęste siatki z polimerowych włókien. Tego typu konstrukcje są głównie rozpowszechnione w Ameryce Południowej, Afryce i Azji, gdzie występuje poważny deficyt wody pitnej. Działanie kolektorów wodnych bazuje na osadzaniu kropel wody z mgły i deszczu na sitkach pod wpływem wiatru, dodatkowo krople odkładają się na włóknach w procesie kondensacji. Następnie krople spływają do rynienek i trafiają do zbiorników. W ten sposób uzyskuje się czystą wodę pitną. Rozmiary siatek sięgają do 50 m2 i są w stanie zgromadzić 150 l wody dziennie. Efektywność pozyskiwania wody w tym procesie możemy zwiększyć poprzez włączenie do siatek nanowłókien, chrakteryzujących się dużym stosunkiem powierzchni do masy, czy objętości. Ponieważ mgły składają się z kropel o różnej wielkości, taka modyfikacja pozwoli pozyskać większe zasoby wody. Tradycyjne siatki włókien w połączeniu z nową technologią nanowłókien o kontrolowanych właściwościach powierzchniowych i mechanicznych, oraz o określonym geometrycznym ułożeniu, pozwolą nam na zwiększenie ilości pozyskiwanej wody z powietrza – tłumaczy Urszula Stachewicz.

– Myślę, że mamy w Polsce doskonały potencjał, aby wykorzystać technologię pozyskiwania wody z mgły, choćby ze względu na długie wybrzeże, gdzie występują silnie wiejące wiatry oraz obfite mgły. W dzisiejszych czasach, ograniczone zasoby wodne są jednym z najważniejszych problemów gospodarczych. Wzrost populacji, w szczególności w krajach rozwijających się, prowadzi do stale rosnących niedoborów zasobów wodnych – zwłaszcza przy obecnych suszach i małej ilości opadów. Polska w porównaniu do Europy Zachodniej niestety nie posiada dużych zasobów wód podziemnych – tłumaczy Urszula Stachewicz.

– W ramach projektu z NCN Sonaty Bis 5 prowadzę badania podstawowe opierające się na wykorzystaniu zaawansowanych technik mikroskopowych do poznania własności nanowłókien i procesu ich zwilżania, czyli kształtu kropel na nanowłóknach. Naszym celem jest poszerzenie fundamentalnej wiedzy o mechanizmie zwilżania w skali nano i możliwości wykorzystania tej wiedzy w kontekście alternatywnych źródeł wody takich jak kolektory wody z mgły – wyjaśnia Urszula Stachewicz.

W swoich badaniach dr inż. Urszula Stachewicz szuka odpowiedzi, na ile nanotechnologie mogą być użyte w życiu codziennym. Jak zaznacza, projekt powstał na podstawie obserwacji tego, co natura już stworzyła – przyroda tworzy różnego rodzaju geometrie i wynajduje rozwiązania dla wielu problemów. W naturze spotykamy wiele rozwiązań w skali nano i makro w celu pozyskiwania wody. Przykładem jest kaktus, który jest pokryty woskiem i posiada wyżłobienia ułatwiające transportowanie kropel wody. Kolce natomiast służą do wychwytywania wilgoci z powietrza, rosy i deszczu. W przypadku pajęczyny, kropelki wody ze skondensowanej pary wodnej tworzą się na niciach tkanych przez pająki zwłaszcza na wrzecionowatych zgrubieniach, a następnie migrują wzdłuż włókien do bardziej porowatych obszarów nici, które charakteryzują się większą hydrofilowością, czyli są łatwo zwilżane przez wodę i posiadają małe kąty zwilżania. W ten sposób pająki mają dostęp do wody pitnej.

Do konkursu stypendialnego POLITYKI staje rokrocznie kilkuset młodych naukowców reprezentujących wiele dyscyplin wiedzy. Jak podkreślają członkowie jury, którymi w pierwszym etapie są uznani polscy uczeni, nie jest łatwo rozstrzygnąć, jakie projekty mają się znaleźć wśród finałowej piętnastki. Drugi i ostatni etap konkursu może wygrać tylko pięciu spośród piętnastu finalistów. Uczonym pomagają podjąć decyzję osoby, które nie muszą być związane ze środowiskiem naukowym, ale za to – jak czytamy w POLITYCE – słyną z przenikliwych sądów i intelektualnej dojrzałości.

Ilona Trębacz