Forskare har utvecklat en teknisk lösning för att enkelt rena vatten med hjälp av ett cellulosabaserat material. Den nya metoden kan få betydelse för länder med stora utsläpp av färgämnen från textilindustrier.
Rent vatten är en förutsättning för vår hälsa och livsmiljö, men långt ifrån en självklarhet för alla. Idag lever över två miljarder människor med begränsad eller obefintlig tillgång till rent vatten, enligt Världshälsoorganisationen, WHO.
Den här globala utmaningen står i centrum för en forskargrupp på Chalmers tekniska högskola, som har utvecklat en metod för att enkelt ta bort föroreningar från vatten.
Forskarna har byggt upp gedigen kunskap om nanokristaller* av cellulosa – och det är här nyckeln till vattenreningen ligger. Dessa ytterst små nanopartiklar har nämligen en enastående förmåga att absorbera föroreningar, och forskarna har nu hittat ett sätt att ta vara på detta.
– Vi har tagit ett unikt helhetsgrepp om de här cellulosananokristallerna, och granskat egenskaper och möjliga användningsområden. Nu har vi skapat ett biobaserat material, en form av cellulosapulver med utmärkta reningsegenskaper som vi kan anpassa och modifiera beroende på vilka typer av föroreningar som ska tas bort, säger forskaren Gunnar Westman, professor vid Chalmers tekniska högskola.
*Nanokristaller är nanopartiklar i kristallform, som är extremt små. En nanopartikel är mellan 1 och 100 nanometer i minst en dimension, det vill säga på någon ledd. En nanometer = en miljarddels meter.
Gifterna absorberar och bryts ner
I en studie visar en forskargrupp hur giftiga färgämnen kan filtreras bort från avloppsvatten med hjälp av metoden och materialet som forskarna har utvecklat. Reningen kräver varken tryck eller värme, och utnyttjar solljus i processen.
Gunnar Westman liknar metoden vid att hälla hallonsaft i ett glas med riskorn, som suger upp saften så att vattnet återigen blir genomskinligt.
– Tänk dig ett enkelt reningssystem, som en bärbar låda som kopplas på avloppsröret. När det förorenade vattnet passerar filtret med cellulosapulver absorberas föroreningarna, och solljuset som släpps in i reningssystemet gör att de bryts ned snabbt och effektivt. Det är ett kostnadseffektivt och enkelt system att sätta upp och använda och vi ser att det skulle kunna göra stor nytta i länder som idag har dålig eller obefintlig vattenrening, säger Gunnar Westman.
Metoden ska testas i Indien
Indien är ett av flera länder i Asien med en omfattande textilproduktion, där stora mängder färgämnen släpps ut i sjöar, floder och vattendrag.
Konsekvenserna för människor och miljö är allvarliga. Färgämnena innehåller kemikalier och tungmetaller som kan ge människor hudskador vid direktkontakt. Kemikalierna ökar även risken för cancer och organskador när de giftiga ämnena kommer in i näringskedjan. Naturen drabbas på flera sätt, bland annat försämrar föroreningarna fotosyntesen och växters tillväxt.
Fältstudier i Indien är därför ett viktigt nästa steg. Chalmersforskarna stöttar nu sina indiska forskarkollegor i arbetet för att några av landets småskaliga industrier ska få testa metoden i verkligheten.
80 procent av föroreningarna försvinner
Hittills har laboratorietester med industrivatten visat att mer än 80 procent av färgföroreningarna försvinner med den nya metoden.
Gunnar Westman ser goda möjligheter att kunna öka reningsgraden ytterligare.
– Att gå från utsläpp av helt orenat vatten till att få bort 80 procent av föroreningarna är en enorm förbättring, och innebär betydligt mindre förstörelse av naturen och skador för människor. Med optimering av pH och reningstid ser vi dessutom en möjlighet att förbättra processen ytterligare, så att vi kan få fram både bevattnings- och dricksvatten, säger han och fortsätter:
– Det vore fantastiskt om vi kan hjälpa dessa industrier att få en vattenrening som fungerar, så att människor i omgivningarna kan använda vattnet utan att riskera sin hälsa.
Kan användas mot fler sorters föroreningar
Forskarna ser även stora möjligheter att använda nanokristaller av cellulosa för rening av andra vattenföroreningar än färgämnen.
I en tidigare studie visade forskargruppen att föroreningar av så kallat giftigt sexvärt krom, som är vanligt i avloppsvatten från gruv- och metallindustrier, kunde avlägsnas med ett liknande cellulosabaserat material. Gruppen undersöker också hur forskningsområdet kan bidra till rening av antibiotikarester.
Forskningen har skett i samarbete med Malaviya National Institute of Technology Jaipur i Indien.
Mer om vatten och föroreningar från färg
• Över två miljarder människor i världen lever med begränsad eller obefintlig tillgång till rent vatten. Varje år beräknas över 3,5 miljoner människor dö av brist på tillgång till rent vatten och fungerande sanitet.
• Den globala textilindustrin, som är koncentrerad till Asien, bidrar till omfattande föroreningar av vatten. Produktionen sker ofta i låglöneländer, där en stor del av tekniken är föråldrad och miljölagstiftning och tillsyn kan vara bristfällig.
• Utsläppen bidrar till övergödning och toxiska effekter i vatten och mark. I Kina och Indien finns exempel på där grundvattnet har blivit förorenat av färg- och beredningskemikalier.
• För att producera ett kilo ny textil krävs mellan 7 000 och 29 000 liter vatten och mellan 1,5 och 6,9 kilo kemikalier.
• 2021 producerades cirka 327 tusen ton färgämnen och pigment i Indien. En stor andel av landets färgföroreningar släpps ut orenade.
Studie:
Cellulose nanocristals derived from microcrystalline cellulose for selective removal of Janus Green Azo Dye, Industrial & Engineering Chemistry Research.
Kontakt:
Gunnar Westman, biträdande professor, institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola, westman@chalmers.se
