Vattenrening med ny metod kan skapa grön energi

Spanska forskare har konstruerat mikromotorer som på egen hand åker runt och renar avloppsvatten. I processen skapas ammoniak som kan vara en källa till grön energi. Med hjälp av en AI-metod från Göteborgs universitet ska motorerna trimmas för att få bästa möjliga utväxling.

Mikromotorer har dykt upp som ett lovande verktyg för miljösanering, tack vare deras förmåga att autonomt navigera och utföra specifika uppgifter i mikroskala. Mikromotorn består av ett rör som byggs upp av kisel och mangandioxid där man genom kemiska reaktioner får röret att utsöndra bubblor i ena änden. Bubblorna blir en motor som sätter röret i rörelse.

Forskare från Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ) har konstruerat en mikromotor som täckts med den kemiska föreningen lackas, vilket gör att urea i förorenat vatten omvandlas till ammoniak när det kommer i kontakt med motorn.

Källa till grön energi

– 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 Rebeca Ferrer, doktorand i Katherine Villas forskargrupp på ICIQ.

Det finns ytterligare vinster med att omvandla urea till ammoniak. Om man klarar av att utvinna ammoniaken ur vattnet har man även en källa till grön energi eftersom ammoniak kan omvandlas till vätgas.

Än återstår mycket utvecklingsarbete och där är mikromotorernas bubblor 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 Ferrer.

Mycket utveckling återstår

Tack vare en AI-metod, som forskare vid Göteborgs universitet har utvecklat, kan forskarna följa mikromotorernas rörelser i mikroskopet. 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 Harshith Bachimanchi, doktorand vid Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.

Forskarna har svårt att uppskatta hur lång tid det kommer ta innan städernas vattenreningsverk också blir energiproducenter. Mycket utveckling återstår, och det gäller även AI-metoden som behöver förändras för att fungera i storskaliga försök.

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

Vetenskaplig artikel i Nanoscale: Bubble-propelled micromotors for ammonia generation

Kontakt: Giovanni Volpe, Professor på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, telefon: 0709-96 61 81, e-post: giovanni.volpe@physics.gu.se

Harshith Bachimanchi, doktorand på institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, e-post: harshith.bachimanchi@physics.gu.se

Katherine Villa, forskare på Institute of Chemical Research of Catalonia, ICIQ. telefon: +34 977920200, e-post: kvilla@iciq.es