מחקר חדש, בהובלת חוקרים מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב, מציג טכנולוגיה פורצת דרך להתפלה וטיהור מים.
צוות החוקרים פיתח מנגנון חדשני להנעת יונים המבוסס על "ראצ'ט קיבולי"(Capacitive Ratchet), והדגים כיצד ניתן להתפיל בעזרתו מים ללא חלקים נעים או תגובות אלקטרוכימיות. המחקר נערך בהובלת פרופ' גדעון שגב מבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב ופרופסור שיין ארדו מאוניברסיטת קליפורניה באירוויין. המחקר פורסם בכתב העת Nature Materials.
צוות החוקרים הסביר שכאשר מלחים מומסים במים הם מתפרקים ליונים (חלקיקים טעונים) חיוביים ושלילים. הבעיה היא שאין היום טכנולוגיה חשמלית, שמסוגלת לרכז יונים במים באופן רציף, ללא תגובות אלקטרוכימיות וללא חלקים נעים.
המחקר מדגים מנגנון להנעת יונים ללא יצירת תגובות כימיות ועל ידי כך מאפשר לפתח מערכות קטנות ומודולריות התפלת מים. כמו כן, פיתוח זה מהווה צעד ראשון ומשמעותי לקראת פיתוחן של מערכות לסינון סלקטיבי של יונים מתוך מים. סינון סלקטיבי של יונים מהווה אתגר הנדסי גדול ואין כיום טכנולוגיות חשמליות אשר מסוגלות לחלץ יונים ספציפיים מתוך תערובת המומסת במים.
כעת, קבוצת החוקרים, פיתחה התקן חדשני שמסוגל להניע יונים במים באופן רציף - בלי תגובות כימיות ובלי חלקים נעים. ההתקן, שנקרא משאבת יונים מבוססת ראצ'ט (RBIP) עשוי ממברנה עשויה אלומינה מחוררת המצופה בשכבות מתכת דקות. באמצעות שינוי מחזורי של מתח חשמלי בין שכבות המתכת ובגלל המבנה הייחודי של ההתקן, מתפתח מתח חשמלי במים משני צידי ההתקן אשר מניע יונים בכיוון מוגדר.
בעזרת מנגנון זה, החוקרים הדגימו לראשונה התקן אשר מניע יונים באופן רציף ללא תגובות אלקטרוכימיות, ואף הצליחו להדגים התפלת מים באמצעות מכשיר חשמלי פשוט, ללא משאבות מכניות וללא תהליכים כימיים מורכבים.
החוקרים מעריכים כי ניתן לשפר את ביצועי ההתקן באמצעות הנדסת חומרים ליצירת אסימטריה גדולה יותר במבנה, וכי בעתיד ניתן יהיה לפתח מערכות מורכבות יותר שיאפשרו סינון סלקטיבי של יונים ברמת דיוק גבוהה. החוקרים מאוניברסיטת תל אביב אמרו כי הצלחה בפיתוח של התקנים אלו עשויה להוביל ליצירת מכשירים חסכוניים באנרגיה, וללא חלקים נעים – אשר יכולים לשמש לטיפול במים, כריית מחצבים ממי ים וכן במערכות ביו-רפואיות.
המחקר התבצע במימון האיחוד האירופי תחת תוכנית Horizon 2020.
