Bubblande mikromotor ska rena avloppsvatten

Mikromotorer har dykt upp som ett lovande verktyg för miljösanering eftersom de kan navigera självständigt och utföra specifika uppgifter i mikroskala.

En mikromotor består av ett rör som byggs upp av kisel och mangandioxid. Genom kemiska reaktioner utsöndras bubblor i ena änden av röret. Bubblorna blir en motor som sätter röret i rörelse.

Forskare i Spanien har konstruerat en mikromotor som täckts med den kemiska föreningen lackas. Det gör att ämnet urea* i förorenat vatten omvandlas till ammoniak när det kommer i kontakt med motorn.

– Det är en intressant upptäckt. I dag har vattenreningsanläggningar svårt att ta bryta ner all urea, vilket leder till övergödning när vattnet släpps ut. Framför allt i storstadsområden är detta ett allvarligt problem, säger forskaren Rebeca Ferrer på Institute of Chemical Research of Catalonia i Spanien.

Mikromotorn i studien är bestruken med den kemiska föreningen lackas på utsidan. Det gör att motorn kan omvandla urea till ammoniak i vatten. Bild: ICIQ

Ammoniak kan omvandlas till vätgas

Det finns ytterligare vinster med att omvandla urea till ammoniak, menar forskarna. Om det går att utvinna ammoniaken ur vattnet har man även en källa till grön energi eftersom ammoniak kan omvandlas till vätgas.

Men mycket utvecklingsarbete återstår innan mikromotorerna kan fara omkring på reningsuppdrag. Deras bubblor är ett problem för forskarna.

– Vi behöver optimera designen för att rören ska rena vattnet på ett så effektivt sätt som möjligt och då måste vi se hur de rör sig och hur länge de fungerar, men det är svårt att se i mikroskopet eftersom bubblorna skymmer sikten, säger Rebeca Ferrer.

AI ska trimma motorn

Forskare vid Göteborgs universitet har utvecklat en AI-metod för att kunna trimma och följa mikromotorernas rörelser i mikroskop. Genom maskininlärning kan flera motorer övervakas samtidigt i vätskan.

– Om vi inte kan följa mikromotorn kan vi inte heller utveckla den. Vår AI-metod fungerar bra i laboratoriemiljö, och det är där utvecklingen sker just nu, säger fysikforskaren Harshith Bachimanchi vid Göteborgs universitet.

Forskarna har svårt att bedöma hur lång tid det kommer att ta innan städernas vattenreningsverk också blir energiproducenter.  AI-metoden behöver även utvecklas för att fungera i storskaliga försök.

– Målet är att trimma motorn till perfektion, säger Harshith Bachimanchi.

Vetenskaplig studie:

Bubble-propelled micromotors for ammonia generation, Nanoscale.

Kontakt:

Giovanni Volpe, professor vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, giovanni.volpe@physics.gu.se

Harshith Bachimanchi, doktorand vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, harshith.bachimanchi@physics.gu.se

Katherine Villa, forskare på Institute of Chemical Research of Catalonia, ICIQ, kvilla@iciq.es