Gridcomputing helpt bij betere waterfiltering

Door gebruik te maken van het World Computing Grid, een filantropisch initiatief van IBM, hebben onderzoekers weten te ontrafelen hoe water te filteren is met koolstofnanobuisjes. Dat kan zonder de waterstroom noemenswaardig af te remmen.

Het Computing for Clean Water-team ontdekte dat water veel makkelijker door koolstofnanobuisjes heen kan stromen dan voorheen gedacht. Mogelijk leidt dat tot het efficiënter filteren en ontzilten van water. De diameter van de koolstofnanobuisjes is zo gekozen dat watermoleculen er wel doorheen kunnen, maar veel grotere moleculen niet. De gedachte is niet nieuw, maar het vermoeden bestond dat de waterstroom dusdanig afgeremd zou worden dat het gebruik van een dergelijk filter niet praktisch zou zijn.

Simulatie en meting stonden ver van elkaar af en tot dusver was er niet voldoende rekenkracht om te kunnen simuleren wat er precies gebeurt binnen de koolstofnanobuisjes. Door de simulaties ontdekten de wetenschappers dat in bepaalde gevallen natuurlijke trillingen, of fononen, kunnen zorgen voor een diffusietoename van 300 procent van het water door de koolstofnanobuisjes in vergelijking met eerdere simulaties. Omdat fononen van nature voorkomen, is er geen externe energiebron nodig voor dit fenomeen.

De diepere inzichten in het fenomeen zijn niet alleen handig voor het ontwikkelen van efficiëntere waterfilters, maar bieden ook mogelijkheden binnen de terreinen van de microfluïdica en transport van stoffen, zoals medicijnen, door de celwanden van levende cellen.

Voor het werk van het Computing for Clean Water-team is gebruik gemaakt van 150.000 vrijwilligers die hun computerkracht aanbieden via het World Community Grid. Het onderzoekspaper van het team is te vinden in Nature Nanotechnology.

Reacties (20)

[Maulwurfje]

Als het via een computer simulatie niet lukt, waarom proberen ze het dan niet gewoon uit in de praktijk? Nanotubes bestaan. Kan zijn dat het probleem ligt bij de schaal.

Waar ik benieuwd naar ben is vooral wanneer zo'n filter vies is en vervangen moet worden. Zo'n fijnmazig filter betekend dat elke bacterie, molecuul wat dan ook wordt tegengehouden.
Het lijkt mij ook niet de bedoeling dat er straks demi-water door de leidingen stroomt. Demiwater is namelijk niet geschikt als drinkwater omdat je ionenhuishouden in je bloed/cellen dan ontregeld wordt.

Toepasbaarheid van die nanotubes filters lijkt mij dus alleen geschikt op kleinere schaal. Waardoor ik terug kom op mijn eerste vraag; waarom niet gewoon in de praktijk dit hebben onderzocht.

[Rob Coops]

Nano buisjes die allemaal netjes de zelfde kant op wijzen (wel zo handig als je de stroom niet in de weg wil zitten) zijn nog al lastig te regelen. Ze zijn zeker mogelijk maar niet iets dat je even maakt om gewoon eens te zien of het überhaupt nuttig is. Daarom eerst bewijzen dat het in theorie zou moeten werken voor je er een flinke hoeveelheid geld tegen aan gooit. Ook is de kans groot dat het team puur theoretisch is en helemaal niet de mogelijkheid heeft om dit ook in de praktijk goed te testen.
Hoe dan ook een gratis theorie test vs. een kostbare praktijk test, theorie wint dat eigenlijk altjid. Zeker nu het geen we onderzoeken steeds vaker zo duur is om in de praktijk te testen dat niemand daar geld aan uit wil geven voor het theoretisch bewezen is dat het zou moeten werken.

Ik denk inderdaad dat het vervangen van het filter best nor wel eens lastig zou kunnen worden. Aan de andere kant, het filter even uit de stroom water plukken en in een omgekeerde stroom schoonspoelen zou dan waarschijnlijk ook moeten werken...

Waarom zou dit alleen voor kleine hoeveelheden water kunnen werken? Ik denk juist als je alleen al kan ontzilten je een enorm voordeel behaald. Immers goedkoop zonder extra energie toe te hoeven voegen ontzilten is toch wel erg handig. Verdere behandeling daarna is vast nog nodig maar alleen al het ontzilten betekend dat je een hele grote stap dichterbij drinkwater bent dan je was toen je het water uit de zee schepte.

[bigbadbull]

ALs je de diameter van de buisjes groot genoeg maakt of een grafeennet zou hebben dan zou toch een deel van het water verder moeten doorstromen eens een maas gevuld zou zijn met afval. omdat dit water dan daar tegen botst zal het het vuil weg duwen.
zo zou je langs de ene kant proper water krijgen en langs de andere kant sterk vervuild water.

Het gebruik van buisjes heeft als voordeel dat het contact oppervlakte veel groter is, en dus je rendement kan verhogen. maar je zal dat moeten afwegen tegen voldoende afvoercapaciteit van het vervuilde water.
Dit is nog een berekening die men veel beter kan simuleren dan direct 20 000 verschillende diameter in de praktijk gaan testen.

[AeoN909]

Grafeennet werkt niet de Mazen zijn dan veel te klein om wat doorheen te laten. Graffeen is de idiale verpakking, totaal geen difussie.Met nanotubes kan je de opening wel beheersen.

Wat mijn nog wel een interessante toepassing lijkt is om dat als filter voor gassen te gebruiken. Als je hier lucht door heen blaast en alleen de O2 door kan laten. Kun je de CO2 en andere gassen die groter zijn affilteren en ergens voor gebruiken.

Edit. Aanvulling en typo

[Reactie gewijzigd door AeoN909 op 24 juli 2024 08:33]

[CivLord]

Het contactoppervlak van de buisjes is niet belangrijk in dit filter, alleen de diameter van de buisjes zelf.
Zie het als een wand van gestapelde rietjes. Alleen deeltjes (watermoleculen in dit geval) die klein genoeg zijn om door de rietjes te stromen komen aan de andere kant. De deeltjes die te groot zijn om door de rietjes te komen blijven achter.

[Verwijderd]

Dat is precies waar ik ook aan zat te denken. kalk en anderen minerale zullen er gewoon niet doorheen kunnen komen.

[watercoolertje]

Die kan je door het schone water mengen.

[sjettepetJR.]

beetje omslachtig lijkt me dat. :

[Verwijderd]

Dan krijgen we kraanwater met Kunstmatige elementstoffen.

[wouzke]

Op de laatste alinea: volgens mij omdat er meer mensen toegang hebben tot super computers, dan tot nanobuisjes.

Verder is volgens mij het water terug mineraliseren veel goedkoper, doen ze dat niet gewoon met bedden waar het water over stroomt? Ooit lang geleden eens van m'n pa gehoord...

Maar ni dit eerst via een computer model getest is, is de stap wel kleiner om dit in de praktijk te testen. En zoals je zegt, de grootste uitdaging gaat volgens mij zijn de filters te regenereren ipv te vervangen.

[CivLord]

Het lijkt mij ook niet de bedoeling dat er straks demi-water door de leidingen stroomt. Demiwater is namelijk niet geschikt als drinkwater omdat je ionenhuishouden in je bloed/cellen dan ontregeld wordt.

Je kunt het filtreren in twee stappen uitvoeren. Eerst op grote moleculen, zoals organische stoffen en zware metalen. Dan heb je de meeste gifstoffen wel afgevangen.
Van de rest, met een te hoge concentratie mineralen, filter je het grootste deel (zeg 99%) tot demi-water (dat is inderdaad de consequentie van deze filtermethode). Dit voeg je dan weer samen met het ongefilterde deel (de overgebleven 1%) om schoon drinkwater te krijgen dat voldoende mineralen bevat.

[Iblies]

Een van de problemen bij ontzilten is dat de filters vervuild/vol raken. Op een gegeven moment moet je ze weer vervangen.

Onderzoek is welkom maar landen die de grootste tekorten hebben, hebben ook vaak weinig te besteden. Als grote hoeveelheden relatief goedkoop kunnen worden gefilterd kan het een haalbare kaart worden.

[Verwijderd]

Er is volgens mij geen enkele filter techniek waarbij de filters niet moeten worden vervangen om de zoveel tijd.

Ik snap je punt dus niet helemaal.

[Verwijderd]

Mijn zwembad zandfilter is al in geen 10 jaar vervangen. Gewoon elke paar dagen de flow omkeren en het is weer schoon. Dit is een technisch zeer simpele zaak en in vrijwel elke industrie gebruikelijk.

Dat jij het punt dus niet snapt ligt aan jou en niet aan Iblies.

[Verwijderd]

Nou een zandfilter is iets anders dan een filter dat op muleculair niveau werkt. Ik vind dat je dat niet met elkaar kunt vergelijken.

De technieken die momenteel gebruikt worden moeten gewoon om de zoveel tijd vervangen worden

Blijft mijn stelling dat ik het punt niet helemaal snap.

[Iblies]

De filtering is een redelijk ingewikkeld proces waarbij essentiële onderdelen praktisch allemaal uit het buitenland zullen komen.

Door het nog ingewikkelder te maken maak mbv nano-technologie maak je de kans nog kleiner.
Als je kijkt naar de huidige status zie dat een ontwikkeld land als Israël of een rijk land als saudi-Arabië de technieken grootschalig toepassen.

Een land als India dat in grote gebieden ook droogte kent, kan het niet betalen om zoiets voor mekaar te krijgen.

En voor de beeldvorming,
het is niet iets wat je bij een bouwmarkt aanschaft en even kunt vervangen,
http://www.kennislink.nl/...met-osmosetechniek-bereid

[Deadsy]

India kan het wel betalen, de economie is booming en er is geld (ruimte programma etc).
Maar het gedeelte van de bevolking (lees: arme mensen) die het nodig hebben ziet men niet als een prioriteit.

[418O2]

Waar blijft die zooi dan?

[afluiter]

grafeen is een heel bijzonder product maar dat is asbest ook. Ik denk dat een goed gezondsheidsonderzoek meer dan gewenst is.
http://www.automatisering...rafeen-is-mogelijk-giftig

[Verwijderd]

Dit doet me denken een het fenomeen waar water in een buis weerstand ondervind tijdens het transport, maar als je in die buis zorgt voor een vortex door bladen te plaatsen met de juiste hoeken, het water beter stroomt. In dit geval is er dus dat fononen ding. Harmonische oscillatie? Pure taalporn. Vanaf nu wil ik dagelijks tenminste een keer 'harmonische oscillatie' zeggen. Ik zoek wel een excuus!