Tratarea apei cu lumină. Inovația românească în testarea materialelor11 min read

O cercetătoare româncă a inventat un sistem prin care oamenii de știință pot testa mai rapid și mai eficient diferite materiale care ar trata apa cu ajutorul luminii.

La sfârșitul lunii august, cercetătoarea Anca Roibu a urcat pe scena conferinței internaționale despre cataliză de la Praga„Europa Cat 2023”, europacat2023.cz și a povestit despre fundamentele construirii unui sistem de tratarea apei cu ajutorul luminii.

N-a putut să dea toate detaliile, căci a aplicat pentru un brevet de invenție, dar informațiile prezentate au stârnit interesul publicului. Unii cercetători au întrebat-o în ce alte domenii ar putea fi aplicat acest sistem.

În prezent, apa de la robinet este tratată printr-un proces care presupune filtrări repetate și adăugarea unor substanțe chimice (printre care și compuși de clor), care creează însă reziduuri și subproduse chimice. Există o metodă mai sustenabilă prin care apa ar putea fi tratată: prin utilizarea luminii, în combinație cu substanțe precum oxidul de titan, prezent în produse obișnuite, cum ar fi pasta de dinți sau cremele SPF. 

Cercetătorii încă desfășoară experimente pentru a descoperi fotocatalizatorul care ar filtra și ar elimina cel mai eficient poluanții și impuritățile în prezența luminii solare, dar și condițiile în care aceasta ar funcționa cel mai bine.

Iar aceste experimente durează mult timp. De exemplu, într-un pahar Berzelius se pun 50 de mililitri de apă cu un anumit poluant, se adaugă materialul care trebuie testat, se așază recipientul sub un bec, apoi se iau probe din 30 în 30 de minute, pentru câteva ore. Un cercetător care vrea să testeze zece materiale ar putea avea nevoie de o lună. Dar apoi va trebui să testeze același material la tipuri diferite de lumini, cum ar fi lumina ultravioletă, infraroșie sau albastră, dar și la valori diferite ale pH-ului apei.

Cum consumul de apă potabilă este din ce în ce mai mare, ca rezultat al creșterii populației, urbanizării și dezvoltării industriale, și deci și cantitatea de reziduuri chimice va fi mai mare, cercetătorii și-ar dori să fie mai eficienți în a găsi o metodă mai sustenabilă prin care apa să fie tratată cu ajutorul luminii soarelui. Aici, invenția Ancăi ar putea face o diferență. Ea este cercetător postdoctoral și folosește noțiuni de inginerie ca să ușureze munca celor din domeniul mediului.

Foto: Arhiva personală

Timp redus de testări – de la 30 de minute, la un minut

Anca Roibu a construit un sistem de canale milimetrice, produse la o imprimantă 3D de un coleg din domeniul ingineriei fabricației, prin care acest proces devine mult mai rapid. De exemplu, dacă la testarea unei probe dintr-un pahar, cu ajutorul luminii, apar primele rezultate după 30 de minute, prin sistemul ei apar după un minut. Prin aceste canale, numite și microreactoare, apa curge în flux continuu, la viteze diferite, cu ajutorul unei pompe. Apa distilată, căreia i se adaugă un anumit poluator (un pesticid, de exemplu), trece peste o lamă de sticlă pe care cercetătorul aplică un fotocatalizator, adică acele substanțe care au proprietatea de a curăța impuritățile în prezența luminii.

Canalele milimetrice în sine nu reprezintă o noutate, căci sunt folosite, printre altele, în cercetări din domeniul farmaceutic sau chiar în industria alimentară. Noutatea constă în așezarea sursei de lumină și în poziționarea canalelor.

„Viziunea mea este să testez într-un mod standardizat”, spune ea, „pentru că cercetătorii încearcă foarte multe materiale și fiecare are instalația lui în care să testeze.”

De exemplu, spune ea, un cercetător folosește un bec, altul, niște LED-uri – dar aceste surse de lumină au caracteristici diferite. Apoi, sunt folosite instalații de dimensiuni diferite. Sau poate cineva folosește un pahar Berzelius, altcineva, un recipient mai mare. Apoi toți raportează datele obținute, însă rezultatele nu pot fi comparate.

„Am vrut să fac o instalație în care factorii să poată fi controlați foarte bine”, mai spune cercetătoarea. „Încerc să produc informații de calitate bună, într-un mod rapid.”

În paralel, Anca lucrează cu un cercetător din domeniul electronicii, care dezvoltă un program prin care acest proces să fie automatizat.

Fascinația pentru microreactoare

Fascinația Ancăi Roibu pentru microreactoare a început de când era studentă la Facultatea de Inginerie Chimică și Biotehnologii la Universitatea Politehnica din București, când a descoperit pe YouTube o cercetătoare care povestea despre ele.„Microreactors for safer and more responsive chemicals production”, youtube.com

Pentru că era un concept foarte nou, Anca și-a dat seama că nu are cum să-l studieze altfel decât în contexte de cercetare. Astfel că, atunci când a ajuns în Franța pentru master, s-a rugat de un profesor care cerceta microreactoarele, dar care nu preda la clasa ei, până când i-a permis să le studieze în vacanța dintre semestre. Când s-a mutat în Belgia pentru doctorat, a fost clar ce avea să aleagă. Pentru că este dificilă măsurarea luminii în canale atât de mici, a studiat cum este transportată lumina în microreactoare în prezența bulelor de gaz, ce fenomene sunt implicate.

După nouă ani de locuit în străinătate, Anca voia să se întoarcă în România împreună cu soțul ei, pentru a fi mai aproape de familii. A găsit la Universitatea Transilvania din Brașov expertiză în tratarea apelor poluate și a aplicat împreună cu o profesoară pentru fonduri naționale. Pentru doi ani, are șansa să aplice cunoștințele învățate în Belgia pe un sistem care va fi folosit în practică.„Automated Microfluidic platform for screening vis-Active TiO2 photocatalysts for organic pollutants degradation”, automatio.unitbv.ro

„Există enorm de multe studii care se concentrează asupra găsirii unor materiale (sau fotocatalizatori) care degradează poluanții într-un mod eficient, dar nu se văd rezultatele pentru noi, consumatorii”, spune cercetătoarea. „Eu vreau să fac câțiva pași către implementare.” Scopul ei este să creeze un sistem bine pus la punct, automatizat și ușor de folosit, astfel încât cercetătorii doar să pună materialele pe lama de sticlă și să înceapă testarea.

Deocamdată, metodele convenționale de tratare a apei sunt mai avantajoase. Procesul care implică fotocatalizatori durează mai mult timp, astfel că este utilizat doar în locurile inaccesibile sau fără infrastructură pentru depoluarea apei (în Tanzania, de exemplu„Solar-powered water purification”, chemistryworld.com). Însă sistemul inventat de Anca Roibu ar putea reprezenta un pas mai aproape spre transformarea domeniului tratării apei, deschizând uși către soluții inovatoare și sustenabile pentru o problemă critică la nivel global.