Filtro di microplastica modellato sulle bocche dei pesci
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Le acque reflue delle lavatrici sono considerate una fonte significativa di microplastiche - minuscole particelle di plastica che si sospetta possano danneggiare la salute umana e animale. I ricercatori dell'Università di Bonn hanno sviluppato un nuovo filtro che potrebbe arginare il problema. Lo hanno modellato sul sistema branchiale dei pesci. Nei primi test, il filtro, ora in attesa di brevetto, è stato in grado di rimuovere oltre il 99% delle fibre di plastica dalle acque reflue delle lavatrici.
Una lavatrice in una famiglia di quattro persone produce fino a 500 grammi di microplastiche all'anno, create dall'abrasione dei tessuti. Gli elettrodomestici sono quindi una delle fonti più importanti di queste minuscole particelle. Attualmente le microplastiche finiscono direttamente nei fanghi di depurazione degli impianti di trattamento delle acque reflue attraverso le acque di scarico. Poiché spesso vengono utilizzate come fertilizzanti, le fibre finiscono nei campi.
Da circa dieci anni, quindi, molti produttori stanno cercando un modo per rimuovere le microplastiche dalle acque di lavaggio in modo che non finiscano nell'ambiente. "Tuttavia, i sistemi di filtraggio finora disponibili presentano diversi svantaggi", spiega la dottoressa Leandra Hamann dell'Istituto di Biologia Organismica dell'Università di Bonn. "Alcuni si intasano rapidamente, altri non hanno un effetto filtrante sufficiente".
All'interno della bocca di questa acciuga, le particelle di plancton vengono trattenute dal sistema di raggi branchiali.
Photo: Jens Hamann
Guardare il pesce in bocca
Insieme al dottor Alexander Blanke e ai suoi colleghi, la scienziata ha quindi cercato possibili soluzioni nel regno animale. I ricercatori hanno preso spunto da animali che possono essere considerati veri e propri maestri della tecnologia di filtraggio - e lo sono stati per centinaia di milioni di anni.
Si tratta di pesci che si nutrono per filtrazione, come gli sgombri, le sardine e le acciughe: Nuotano nell'acqua con la bocca aperta, pescando il plancton con il loro sistema di branchie. "Abbiamo analizzato più da vicino la costruzione di questo sistema e lo abbiamo usato come modello per sviluppare un filtro che può essere utilizzato nelle lavatrici", spiega Blanke, membro delle aree di ricerca transdisciplinari "Life & Health" e "Sustainable Futures" dell'Università di Bonn.
Nel corso dell'evoluzione, le specie ittiche citate hanno sviluppato una tecnica simile alla filtrazione a flusso incrociato: Il loro sistema di raggi branchiali ha la forma di un imbuto, che è più largo alla bocca del pesce e si restringe verso l'esofago. Le pareti dell'imbuto sono formate dagli archi branchiali. Questi sono a loro volta ricoperti da strutture simili a un pettine, i rastrelli, che a loro volta hanno piccoli denti. In questo modo si crea una sorta di tessuto a rete che viene teso dagli archi branchiali.
Autopulizia: Il plancton rotola verso l'esofago
"Durante l'alimentazione, l'acqua passa attraverso la parete permeabile dell'imbuto, viene filtrata e l'acqua priva di particelle viene rilasciata nell'ambiente attraverso le branchie", spiega Blanke. "Tuttavia, il plancton è troppo grande per questo: viene trattenuto dalla struttura naturale del setaccio. Grazie alla forma a imbuto, rotola verso l'esofago e vi si raccoglie finché il pesce non lo inghiotte, svuotando e pulendo così il sistema".
Questo principio impedisce al filtro di intasarsi: le fibre non colpiscono il filtro verticalmente, ma rotolano lungo di esso verso l'esofago. Allo stesso tempo, il processo è molto efficace: rimuove quasi tutto il plancton dall'acqua. Entrambi questi aspetti devono essere soddisfatti anche da un filtro per microplastiche. I ricercatori hanno quindi ricreato il sistema di rastrelliera branchiale. Hanno variato sia la dimensione delle maglie della struttura del setaccio sia l'angolo di apertura dell'imbuto.
Il filtro raggiunge un alto livello di efficienza
"Abbiamo così trovato una combinazione di parametri che consente al nostro filtro di separare più del 99% delle microplastiche dall'acqua, senza tuttavia intasarsi", spiega Hamann. Per ottenere questo risultato, il team si è affidato non solo agli esperimenti, ma anche alle simulazioni al computer. Il filtro, modellato sulla natura, non contiene alcuna meccanica complessa e dovrebbe quindi essere molto economico da produrre.
Le microplastiche che pesca dall'acqua di lavaggio si raccolgono nell'uscita del filtro e vengono aspirate più volte al minuto. Lo scienziato, che nel frattempo si è trasferito all'Università di Alberta a Edmonton, in Canada, ha spiegato che le microplastiche possono essere pressate nella macchina per rimuovere l'acqua che contengono. Ogni poche decine di lavaggi, il pellet di plastica risultante potrebbe essere rimosso e smaltito tra i rifiuti residui.
L'Università di Bonn e l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia ambientale, della sicurezza e dell'energia UMSICHT hanno già richiesto un brevetto per questa tecnologia in Germania; si sta cercando di ottenere un brevetto a livello europeo. I ricercatori sperano ora che i produttori sviluppino ulteriormente il filtro e lo installino nelle future generazioni di lavatrici. In questo modo si riuscirebbe almeno a contenere la diffusione delle microplastiche dai tessuti. E questo è anche necessario: gli studi indicano che le particelle possono potenzialmente causare gravi danni alla salute. Sono già state rilevate nel latte materno e nella placenta, e persino nel cervello.
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