Μηχανικοί δημιούργησαν νέο φίλτρο αέρα που βοηθάει τους κατοίκους πόλεων με μόλυσνη να αναπνεύσουν εύκολα

Όπως αναφέρεται στην ανακοίνωση του Τμήματος Materials Science and Engineering στο Πανεπιστήμιο Stanford, το πρόβλημα του μολυσμένου αέρα του Πεκίνου, το οποίο ο Yi Cui, αναπληρωτής καθηγητής του Τμήματος, επισκεπτόταν αρκετές φορές τα τελευταία χρόνια, «γέννησε» μια νέα ιδέα καθαρισμού της μόλυνσης. Έτσι σχεδίασε και κατασκεύασε, μαζί με τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του, ένα φθηνό και αποτελεσματικό φίλτρο που να διευκολύνει την αναπνοή των ανθρώπων των μολυσμένων πόλεων.

«Η εργαστηριακή μου ομάδα πραγματικά αρέσκεται να επιλύει προβλήματα, ακόμη και όταν αφορούν κάτι με το οποίο δεν είχε ασχοληθεί ποτέ», δήλωσε ο Cui. «Πιστεύουμε ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το υλικό για προσωπικές μάσκες, κουρτινάκια και ίσως για καυσαέρια αυτοκινήτων και βιομηχανιών. Λειτουργεί πράγματι καλά και μπορεί να αλλάξει το παιχνίδι». Η εργασία δημοσιεύθηκε στο τρέχον τεύχος του περιοδικού Nature Communications.

Ήταν η πρώτη φορά που η ομάδα του Cui σχεδίασε φίλτρο αέρα-η εργασία του Cui με νανοϋλικά εστιάζεται κυρίως στην τεχνολογία των μπαταριών-έτσι αυτός και οι σπουδαστές του, δεν έλαβαν άμεσα υπόψη τους υλικά που έχουν παραδοσιακά χρησιμοποιηθεί σε φίλτρα αέρα. Αντί αυτών αναζήτησαν για πολυμερή που θα μπορούσαν να έχουν μια ισχυρή έλξη στα κύρια συστατικά του καπνού, ιδιαιτέρως σωματίδια ύλης που είναι μικρότερα από 2,5 μικρά, γνωστά ως PM2,5. Αυτά θέτουν σε πολύ μεγάλο κίνδυνο το αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου και τη γενικότερη υγεία του.

Τα υπάρχοντα συστήματα φιλτραρίσματος, που μπορούν να αφαιρέσουν τα σωματίδια αυτά από τον αέρα, είναι πολύ ενεργοβόρα. Τώρα, αποδείχθηκε ότι το πολυακρυλονιτρίλιο (PAN), ένα κοινό υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή χειρουργικών γαντιών, πληροί τα απαιτούμενα (από το σχεδιασμό) χαρακτηριστικά. «Κυρίως ήταν από τύχη, αλλά βρήκαμε ότι το PAN έχει τα χαρακτηριστικά που αναζητούσαμε και είναι απίστευτα ισχυρό», είπε ο Po-Chun Hsu, ένας μεταπτυχιακός φοιτητής του εργαστηρίου του Cui και ένας από τους συγγραφείς της εργασίας.

Με τη χρήση μιας τεχνικής, που ονομάζεται ηλεκτρονηματοποίηση, οι ερευνητές μετέτρεψαν υγρό PAN σε νήματα σαν του ιστού της αράχνης, που έχει διάμετρο μόλις το ένα χιλιοστό της ανθρώπινης τρίχας. Στη μελέτη, οι ερευνητές προσέγγισαν το νέφος του Πεκίνου, στέλνοντας καπνό από λιβάνι σε διάφορες πυκνότητες, αλλά μετά πραγματοποίησαν και μια έρευνα πεδίου στο Πεκίνο. Το τελικό υλικό επιτρέπει περίπου 70% «διέλευση» και ακόμη συλλέγει το 99% των σωματιδίων.

«Η ίνα μόνο κρατά τα συσσωρευόμενα σωματίδια και μπορεί να συλλέξει 10 φορές το βάρος της», είπε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Chong Liu, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο του Cui. «Η διάρκεια της αποτελεσματικότητας, του φίλτρου, εξαρτάται από την εφαρμογή, αλλά στην παρούσα μορφή του, τα τεστ δείχνουν ότι συλλέγει σωματίδια για περίπου μια εβδομάδα». Οι πρώτες δυο άμεσες εφαρμογές, είπε ο Cui, θα μπορούσε πιθανώς να είναι απλά παθητικά συστήματα, τέτοια όπως οι προσωπικές μάσκες και οι σίτες παραθύρων ή ενδεχομένως τα συστήματα φιλτραρίσματος του αέρα στα νοσοκομεία.

«Η διέλευση του αέρα μέσω του φίλτρου και η απόσταση μεταξύ των ινών σημαίνει ότι φως και αέρας μπορούν να περνούν μέσα από το φίλτρο πολύ αποτελεσματικά, πράγμα που το κάνει πολύ καλή εφαρμογή για τα παράθυρα», δήλωσε ο Cui. «Είναι ίσως η πρώτη φορά εδώ και χρόνια, που οι άνθρωποι στο Πεκίνο μπορεί να ανοίξουν το παράθυρό τους και να αφήσουν να μπει φρέσκο αεράκι». Το υλικό μπορεί, επίσης, να έχει θέση φίλτρου στην εξάτμιση των αυτοκινήτων ή στις καμινάδες των σταθμών παραγωγής ενέργειας και των βιομηχανικών συγκροτημάτων. Αυτές οι εφαρμογές, είπε ο Cui, θα απαιτούσαν επιπλέον έλεγχο του υλικού για να σιγουρευτούμε ότι είναι αρκετά ανθεκτικό για να αντέξει σε άλλα όξινα ή τοξικά συστατικά σε αυτούς τους τύπους εκβολής των καυσαερίων.

Πηγή: Stanford University, Materials Science and Engineering

Περισσότερα στο άρθρο: Transparent air filter for high-efficiency PM2.5 capture, Nature Communications 6, Article number: 6205