Έχετε σκεφθεί ποτέ τι χρειάζεται για να φτιάξετε ένα φίλτρο πόσιμου νερού; Σύμφωνα με ένα πρωτότυπο πείραμα του ΜΙΤ, το μόνο που απαιτείται είναι ένα… κλαδί πεύκου!
Το ξύλο των δέντρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φθηνό φίλτρο για πόσιμο νερό σε αναπτυσσόμενες χώρες δείχνει ένα πρωτότυπο πείραμα από ερευνητές στο Massachusetts Institute of Technology (ΜΙΤ).
Η μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό PLoS ONE αποδεικνύει ότι ένα μικρό κομμάτι πορώδες ξύλου μπορεί να φιλτράρει περισσότερο από το 99% των βακτηρίων Escherichia coli από το νερό. Το μέγεθος των πόρων στο σομφόξυλο είναι κατάλληλο για τη μεταφορά νερού και άλλων χρήσιμων συστατικών κατά μήκος του δέντρου, ενώ παράλληλα εμποδίζει τη διείσδυση βακτηρίων στα ευαίσθητα μέρη του φυτού.
Ο Rohit Karnik, αναπληρωτής καθηγητής μηχανολογίας στο MIT, λέει ότι ο σομφός είναι ένα πολλά υποσχόμενο, χαμηλού κόστους και αποτελεσματικό υλικό για το φιλτράρισμα του νερού, ιδιαίτερα στις αγροτικές κοινότητες όπου η πρόσβαση σε πιο προηγμένα συστήματα φιλτραρίσματος είναι περιορισμένη.
«Οι σημερινές μεμβράνες φιλτραρίσματος έχουν πόρους νανοκλίμακας που δεν κατασκευάζονται εύκολα στο σπίτι», λέει ο Karnik. «Η ιδέα εδώ είναι ότι αντί να κατασκευάσουμε μια μεμβράνη, μπορούμε να πάρουμε μόνο ένα κομμάτι ξύλο και να φτιάξουμε φίλτρα χρησιμοποιώντας ελάχιστα υλικά».
Η ομάδα πειραματίστηκε με φέτες από ξύλο πεύκου, πάχους περίπου 3 εκατοστών, τις οποίες στρίμωξαν μέσα σε πλαστικούς σωλήνες ώστε να μην κυλά το νερό από το πλάι. Αυτό το σύστημα φιλτραρίσματος μπορεί να παράγει μέχρι και τέσσερα λίτρα πόσιμου νερού την ημέρα – αρκετά για να σβήσουν τη δίψα ενός τυπικού ατόμου (Πηγή: PLoS ONE).
Σήμερα υπάρχουν διάφορες τεχνολογίες για την απολύμανση του νερού – όλες όμως έχουν περιορισμούς. Τα συστήματα απολύμανσης με χλώριο δουλεύουν καλά σε μεγάλη κλίμακα αλλά είναι ακριβά. Το βράσιμο του νερού απαιτεί καύσιμα, ενώ οι σύγχρονες μεμβράνες φιλτραρίσματος είναι αποτελεσματικές για την αφαίρεση των μικροβίων αλλά είναι ακριβές, απαιτούν αντλία και βουλώνουν εύκολα.
Το ξύλο των κωνοφόρων ή άλλων δέντρων ίσως αποδειχθεί καλή εναλλακτική. Η ψίχα του ξύλου περιέχει το ξύλωμα, ένα σύστημα αγωγών που ανεβάζει νερό από τις ρίζες στα κλαδιά και τα φύλλα. Ένα δεύτερο σύστημα αγωγών, το φλοίωμα, κατεβάζει θρεπτικά συστατικά από τα φύλλα μέχρι τις ρίζες. Οι αγωγοί του ξυλώματος δεν είναι συνεχείς, αλλά χωρίζονται σε επιμέρους αγγεία, αποτελούμενα από νεκρά κύτταρα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους στις άκρες μέσω μικρών οπών που ονομάζονται βοθρία.
Μια βασική λειτουργία των οπών είναι να εμποδίζουν τυχόν φυσαλίδες να μετακινούνται από αγγείο σε αγγείο και να φράζουν το σύστημα. Όπως αποδεικνύεται όμως, τα βοθρία μπορούν να λειτουργούν και ως φίλτρα νερού που κατακρατούν τυχόν σωματίδια.
«Τα φυτά έπρεπε να βρουν τρόπο να φιλτράρουν τις φυσαλίδες αέρα και ταυτόχρονα να επιτρέπουν την εύκολη ροή των χυμών», παρατηρεί o Rohit Karnik. «Αντιμετωπίζουμε το ίδιο πρόβλημα με το φιλτράρισμα του νερού, καθώς θέλουμε να κατακρατήσουμε τα μικρόβια διατηρώντας ταυτόχρονα υψηλή ροή», εξηγεί.
Το ξύλωμα μεταφέρει νερό και διαλυμένα ιόντα στο φυτό. Τα κύρια κύτταρα είναι τα αγγειακά στοιχεία. Στο ώριμο φυτό, τα αγγειακά στοιχεία είναι νεκρά κύτταρα χωρίς κυτταρική μεμβράνη. Το κυτταρικό τοίχωμα έχει παχυνθεί δευτερογενώς και είναι πολύ λιγνητοποιημένο. Το ακραίο τοίχωμά τους έχει αφαιρεθεί σε μεγάλο βαθμό, έτσι ώστε να σχηματίσει επιμήκεις συνεχείς σωλήνες. Τα αγγεία που μεταφέρουν νερό μπορεί να υποστούν εμβολή, δηλαδή να σχηματιστεί μια φυσαλίδα αερίου. Γι’ αυτό το λόγο, το ξύλωμα του φυτού διαθέτει διατρητικές πλάκες που εμποδίζουν την επέκταση της φυσαλίδες και βοθρία, που εμποδίζουν την επέκταση της φυσαλίδας σε γειτονικά αγγεία (Eικόνα: micro.magnet.fsu.edu – Προσαρμογή από το ΚΠΕ ΚΑΣΤΟΡΙΑΣ).
Οι ερευνητές διοχέτευσαν νερό στην πάνω επιφάνεια του φίλτρου που περιείχε σωματίδια κόκκινου μελανιού με διάμετρο έως 500 νανόμετρα. Το πείραμα έδειξε ότι το ξύλωμα φιλτράρει ουσιαστικά όλα τα σωματίδια άνω των 20 περίπου νανομέτρων, τα οποία συγκεντρώνονται στο ανώτατο επιφανειακό στρώμα βάθους λίγο μόνο χιλιοστών. Αυτό θα σήμαινε ότι το ξύλο μπορεί να κατακρατεί τα περισσότερα βακτήρια, τα μικρότερα από τα οποία έχουν μήκος γύρω στα 200 νανόμετρα.
Πράγματι, όταν οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νερό μολυσμένο με το κολοβακτήριο E. coli, το ξύλο απομάκρυνε το 99% των μικροβίων. Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει τώρα να πειραματιστεί με περισσότερα είδη δέντρων προκειμένου να βρει το πιο κατάλληλο για χρήση σε φθηνά φίλτρα.
Πηγές: Freepatents,ΚΠΕΚαστοριάς, MITNews, PLoSONE, YouTube και WIKEPEDIA, planitikos
