Grafeenilla saadaan suola pois merivedestä

Marko Hamilo
Tiede Ulkomaat 21.7.2013 11:00
Atlantin aalto Fort Lauderdalessa Floridassa. Kuva Jason Arnold / AP.

Makean juoma- ja kasteluveden puute on yksi suurimmista kehityksen esteistä kehitysmaissa. YK:n mukaan 780 miljoonalla ihmisellä ei ole käytössään puhdasta juomavettä.

Joissakin rikkaissa mutta kuivuudesta kärsivissä maissa makeaa vettä tehdään merivedestä kalliilla suolanpoistotekniikoilla.

Suolanpoisto kuluttaa useita kilowattitunteja energiaa vesikuutiometriä kohden. Hiilijalanjälki on merkittävä, jos energia on peräisin fossiilisista lähteistä. Veden hinta voi nousta useampaan euroon kuutiolta.

Suolanpoistossa yleinen tekniikka on nykyään niin sanottu käänteinen osmoosi.

Osmoosissa pienet vesimolekyylit kulkevat puoliläpäisevän kalvon pienten reikien läpi, mutta meriveden suola eli veteen liuenneet natrium- ja kloridi-ionit eivät.

Luonnostaan prosessi tasoittaa suolapitoisuuksia kalvon molemmin puolin, mutta käänteisessä osmoosissa vesi pumpataan paineella kalvon läpi. Kun suodatuskalvoja on useita peräkkäin, valtamerienkin vedestä saadaan lopulta juoma- ja kastelukelpoista. Tämä prosessi kuluttaa paljon energiaa.

Käänteiseen osmoosiin perustuvia suuria suolanpoistoyksiköitä on esimerkiksi Australiassa ja Persianlahden kuivissa, mutta öljyrikkaissa maissa. Pieniä samalla tekniikalla toimivia puhdistuslaitteita myydään Suomessakin. Ne käyvät mökkikäyttöön saaristossa ja jopa avomerillä purjehtiviin veneisiin.

Puolustusteollisuuden tuotteistaan paremmin tunnettu yhtiö Lockheed Martin ilmoitti tänä vuonna kehittävänsä teknologiaa, joka poistaisi suolan merivedestä 99 prosenttia nykyisiä käänteisen osmoosin tekniikoita vähemmällä energialla.

Uusi tekniikka perustuu vain yhden atomin paksuisiin grafeenikalvoihin. Grafeeni on tuhat kertaa terästä vahvempi materiaali, josta voi valmistaa hämmästyttävän ohuita, mutta silti kestäviä komponentteja erilaisiin laitteisiin.

Grafeenista voi valmistaa käänteistä osmoosia hyödyntäviin puhdistuslaitteisiin kalvoja, jotka ovat 500 kertaa ohuempia kuin parhaat nykyiset puoliläpäisevät kalvot.

Mitä ohuempi kalvo on, sitä vähemmällä paineella käänteisen osmoosin prosessia on mahdollista ylläpitää. Mitä vähemmän painetta tarvitaan, sitä vähemmällä energialla vesi puhdistuu.

Lockheed Martinin Perforene-grafeenikalvoa voinee tulevaisuudessa käyttää myös muuhun vedenpuhdistamiseen sekä lääketieteellisiin tarkoituksiin esimerkiksi dialyysilaitteissa.

Popular Science -lehden mukaan yhtiö lupailee julkaisevansa vallankumouksellisen energiatehokkaan suolafiltterin prototyypin jo tämän vuoden loppupuolel

Ihmemateriaali grafeeni

Fyysikot Andre Geim ja Konstantin Novoselov keksivät 2004 irrottaa lyijykynän grafiitista ohuita kalvoja teipin avulla. Kun he irrottivat teipistä vielä ohuempia kalvoja toisen teipin avulla, lopulta tuloksena oli vain yhden hiiliatomin paksuisia lastuja.

Grafeenissa on samanlaisia kuusikulmaisia hiilirenkaita kuin grafiitissakin, mutta vain yhden atomin paksuisena kerroksena. Se on yksi lupaavimpia tulevaisuuden materiaaleja. Sen ihmeellisiin ominaisuuksiin kuuluvat muun muassa äärimmäinen lujuus sekä tavattoman hyvä sähkönjohtavuus.

Geim ja Novoselov saivat grafeenilöydöstään Nobel-palkinnon vuonna 2010.

Keskustelu

Hieno juttu, mutta grafeenikalvoa ei vielä osata rakentaa muutamaa kymmentä neliösenttiä suurempia pinta-aloja, ja grafeenia on sanottu tällä hetkellä maailman kalleimmaksi aineeksi. En tosin tiedä kuinka puhdasta grafeenia ko. sovellukseen tarvitaan. Jäämme odottelemaan.