9 Minute
Cercetătorii de la Universitatea din Bonn au conceput un filtru pentru mașini de spălat, inspirat de branhii de pești, care reține în teste preliminare peste 99% din microfibrele plastice. Bazându-se pe milioane de ani de evoluție funcțională, echipa a adaptat un sită auto-curățătoare în formă de pâlnie pentru a captura și concentra fibrele textile înainte ca acestea să ajungă în sistemele de canalizare.
Biomimetica în camera de spălat
Microplasticele provenite din textile — fibre minuscule care se desprind atunci când materialele se freacă sau se degradează în mașina de spălat — reprezintă o sursă majoră de contaminare a mediului. O singură mașină de spălat dintr-un gospodărie poate elibera sute de grame de fibre sintetice pe an; aceste microfibre trec frecvent prin stațiile de epurare și se acumulează în nămolul rezultat. Deoarece nămolul tratat este adesea utilizat ca îngrășământ agricol, fibrele pot fi răspândite pe soluri și pot pătrunde în rețele trofice, afectând mediul, agricultura și potențial sănătatea umană.
Pentru a intercepta particulele la sursă, o echipă condusă de dr. Leandra Hamann și dr. Alexander Blanke a studiat filtrele naturale ale organismelor filtratoare marine precum anchoa, sardina și macroul. Acești pești folosesc un sistem de arcuri branhiale care combină arcade în formă de pieptene și denticule asemănătoare dinților pentru a forma o plasă flexibilă. Designul biologic realizează un tip de filtrare prin curgere transversală: apa trece printr-un perete permeabil, în formă de pâlnie, iar particulele mai mari sunt ghidate spre gută și eliminate fără a bloca sita. Acest principiu natural este valoros pentru dezvoltarea de soluții eficiente de filtrare pentru microfibre textile și microplastice.
Dentiiculele de pe arcușele branhiale formează o rețea care reține particulele. Credit: Leandra Hamann
Cum funcționează filtrul
Prototipul echipei din Bonn reproduc trei caracteristici esențiale ale branhilor: geometria conică a pâlniei, o plasă compusă din creste și dinți asemănători pieptenelor și un tipar de curgere care încurajează particulele să rostogolească spre un canal colector, în loc să se blocheze pe suprafața sită. În practică, apa evacuată din mașina de spălat este direcționată prin peretele permeabil al elementului filtrant. Microfibrele plastice sunt reținute de plasă și apoi transportate de curent spre un orificiu de colectare unde se acumulează.
În loc să se bazeze pe piese mobile complexe, filtru biomimetic se sprijină pe geometria sa optimizată și pe trasee de curgere controlate. Cercetătorii au ajustat două variabile critice — distanța dintre ochiurile plasei și unghiul de deschidere al pâlniei — și au combinat experimente de laborator cu simulări numerice de curgere pentru a identifica o configurație optimă. Rezultatul este un element simplu, cu cost redus, care a captat peste 99% din fibrele plastice din apa uzată de spălare în testele inițiale, o eficiență remarcabilă pentru un dispozitiv pasiv.
Elementul filtrant din centru imită sistemul de arcade branhiale. Carcasa filtrului permite curățare periodică și instalare în mașinile de spălat. Credit: Christian Reuß/Leandra Hamann
Implementare practică și gestionarea deșeurilor
Fibrele colectate sunt canalizate către un mic recipient și sunt îndepărtate periodic. Echipa propune un ciclu de întreținere în care materialul acumulat este extras prin aspirație din orificiu de câteva ori pe minut și presat pentru a elimina excesul de apă, rezultând un pellet plastic compact. Acest pellet poate fi golit la fiecare câteva zeci de spălări și eliminat ca deșeu menajer sau, ideal, introdus ulterior într-un flux de reciclare. Opțiuni de valorificare includ compactarea și trimiterea la reciclare mecanică sau, în funcție de compoziția fibrelor, procese chimice sau termice adecvate.
Avantajul abordării este dublu: eficiență ridicată de captare și un regim de curgere care reduce semnificativ înfundarea. Filtrele domestice existente suferă adesea de întreruperi din cauza blocajelor sau impun o rezistență importantă în liniile de evacuare a apei. Designul inspirat de branhii promite costuri energetice reduse, fabricație simplă și o adaptare mai ușoară din partea producătorilor de electrocasnice, ceea ce ar facilita integrarea lui în modele noi sau în soluții retrofit pentru mașinile existente.
Context științific și preocupări pentru sănătate
Studiul, publicat în revista npj Emerging Contaminants, contribuie la un domeniu în expansiune: filtrarea biomimetică și controlul poluării la scară domestică. Concepte de filtrare prin curgere transversală sunt folosite pe scară largă în industrie pentru procese care necesită separare continuă fără înfundare rapidă; adaptarea lor pentru aplicații casnice implică provocări de miniaturizare, cost și compatibilitate cu echipamentele existente.
Microplasticele nu sunt doar o problemă estetică; analizele au detectat particule plastice în țesuturi umane — inclusiv în lapte matern, placentă și chiar mostre cerebrale — ceea ce ridică întrebări serioase privind impactul pe termen lung asupra sănătății. Deși relația cauzală și pragurile de risc rămân subiecte active de cercetare în toxicologie și sănătate publică, reducerea fluxului de fibre din gospodării către mediu elimină o cale plauzibilă de expunere și oferă timp pentru studii suplimentare și pentru dezvoltarea regulamentelor. Abordări de prevenție la sursă, cum ar fi instalarea de filtre eficiente la mașinile de spălat, pot completa politicile de gestionare a apelor uzate și strategiile de economie circulară pentru textile.
Implicații, brevete și pașii următori
Echipa Universității din Bonn, împreună cu Institutul Fraunhofer pentru Tehnologii de Mediu, Securitate și Energie UMSICHT, a depus cereri de protecție prin patent în Germania și a demarat procedura de brevetare la nivelul Uniunii Europene. Următorul obiectiv este adoptarea industrială: producătorii de electrocasnice ar trebui să adapteze construcția mașinilor de spălat pentru a integra elementul filtrant și un orificiu simplu de colectare, plus un mecanism de golire sau aspirație ușor de folosit de către consumator.
Implementarea la scară largă ar putea reduce substanțial încărcătura de microplastice provenite din textile care ajunge la stațiile de epurare și pe terenurile agricole. Lipsa componentelor mecanice complexe scade costurile de fabricație și simplifică întreținerea în gospodărie — aspecte esențiale pentru adoptarea pe scară largă. De asemenea, o soluție pasivă, cu consum energetic minim, se aliniază cu obiectivele de eficiență energetică și reducere a emisiilor în sectorul electrocasnicelor.
În față dr. Leandra Hamann, dreapta dr. Alexander Blanke, centru cercetătorul în materiale Christian Reuß, stânga biologul dr. Hendrik Herzog. Credit: Peter Rühr/Uni Bonn
Perspective experte
„Adaptarea arhitecturilor biologice pentru controlul poluării domestice este o direcție promițătoare,” afirmă dr. Maya Reynolds, inginer de mediu specializat în sisteme urbane de apă. „Modelul cu arcade branhiale este ingenios pentru că combină eficiență ridicată de separare cu un regim de curgere auto-curățător — două caracteristici esențiale pentru uz casnic. Dacă producătorii reușesc să integreze acest design în aparate produse în serie fără costuri sau consum energetic semnificativ mai mari, beneficiile pentru sănătatea publică și mediu pot fi substanțiale.”
Provocările următoare și perspective mai largi
Înainte de lansarea comercială, filtrul trebuie să treacă teste suplimentare: durabilitatea pe termen lung în condiții reale de spălare, eficacitatea pentru diferite tipuri de țesături și detergenți, compatibilitatea cu modele diverse de mașini de spălat și standarde pentru eliminarea sau reciclarea în siguranță a pellet-urilor colectate. Organismele de reglementare și organismele de standardizare ar putea stabili praguri de performanță pentru filtrele domestice, iar analizele ciclului de viață (LCA) vor fi necesare pentru a confirma câștigurile nete de mediu, luând în considerare materialele folosite pentru filtr și operațiunile de fabricație și reciclare.
Mai mult, viitoarele etape de dezvoltare pot include optimizarea materialelor plasei pentru a facilita reciclarea pellet-urilor, proiectarea unor sisteme modulare ușor de instalat în mașinile existente și integrarea senzorilor care să indice când recipientul este plin. Evaluări tehnico-economice pot determina costul pe ciclu de viață și pot ghida strategiile de subvenționare sau reglementare ce pot încuraja adoptarea la scară largă.
Studiul arată cum biomimetica țintită — traducerea unei soluții naturale verificate în timp într-o inginerie practică — poate aborda o problemă modernă de poluare direct la sursă. Pe măsură ce fibrele vestimentare continuă să domine inventarele de microplastice, interceptarea la nivelul mașinii de spălat rămâne una dintre cele mai directe și eficiente modalități de a reduce eliberarea în mediu, completând măsurile care vizează reducerea consumului materialelor sintetice sau îmbunătățirea durabilității textilelor.
În plus, integrarea filtrării eficiente în standardele de proiectare ale electrocasnicelor și în programele de responsabilitate extinsă a producătorului (EPR) pentru textile ar putea accelera tranziția către modele de consum mai durabile. Combinarea inovațiilor tehnologice cu politici publice, conștientizare a consumatorilor și investigații științifice va fi esențială pentru a transforma un prototip de laborator într-o soluție scalabilă care să reducă efectiv volumul de microplastic în sol, apă și aer.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu