به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ آبی که از ماشین‌های لباس‌شویی خارج می‌شود، به ‌طور گسترده به ‌عنوان یکی از منابع اصلی میکروپلاستیک‌ها شناخته می‌شود؛ ذرات بسیار ریز پلاستیکی که گمان می‌رود برای سلامت انسان و حیوانات خطرآفرین باشند.

محققان آلمانی می‌گویند: یک ماشین لباس‌شویی در خانواده‌ای چهار نفره می‌تواند سالانه تا ۵۰۰ گرم میکروپلاستیک آزاد کند؛ بخش عمده این مقدار در اثر فرسایش پارچه‌ها هنگام شست‌وشو ایجاد می‌شود. از این‌رو، ماشین‌های لباس‌شویی در زمره مهم‌ترین منابع انتشار این ذرات قرار دارند. میکروپلاستیک‌ها پس از ورود به سامانه فاضلاب، به لجن تولیدشده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب منتقل می‌شوند. از آنجا که این لجن اغلب به‌عنوان کود به کار می‌رود، الیاف پلاستیکی می‌توانند در نهایت به اراضی کشاورزی راه یابند.

این مشکل رو به رشد، تولیدکنندگان را بر آن داشته تا به ‌دنبال راهکارهای مؤثری برای به دام انداختن میکروپلاستیک‌ها پیش از ورودشان به محیط‌زیست باشند.

دکتر لیاندرا هامان از مؤسسه زیست‌شناسی ارگانیسمی دانشگاه بن توضیح می‌دهد: سامانه‌های فیلتری که تاکنون در دسترس بوده‌اند، هرکدام معایبی دارند. برخی خیلی زود مسدود می‌شوند و برخی دیگر کارایی فیلتراسیون کافی ندارند.

از این رو، دانشمندان دانشگاه بن در آلمان فیلتر جدیدی طراحی کرده‌اند که هدف آن کاهش این نوع آلودگی است. طراحی این فیلتر از سامانه قوس‌های آبششی در ماهی‌ها الهام گرفته است. آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهد این فیلتر -که در انتظار ثبت اختراع است- می‌تواند بیش از ۹۹ درصد الیاف پلاستیکی موجود در فاضلاب ماشین لباس‌شویی را حذف کند.

ساختار توری‌مانند دندانه‌های غربالی آبششی. دندانه‌های غربالی آبششی با دندانه‌های ریز پوشیده شده‌اند و ساختاری توری‌مانند ایجاد می‌کنند که ذرات را به دام می‌اندازد.

الگوبرداری از نقشه فیلتراسیون در ماهی‌ها

برای یافتن راه‌حلی بهتر، هامان به ‌همراه استاد راهنمای دکتری‌اش، دکتر الکساندر بلانکه، و دیگر همکاران، به بررسی سامانه‌های فیلتراسیون زیستی پرداختند. توجه پژوهشگران به ماهی‌ها جلب شد؛ موجوداتی که طی صدها میلیون سال فرگشت، شیوه‌های فیلتراسیون بسیار کارآمدی را توسعه داده‌اند.

برخی گونه‌ها مانند خال‌مخالی، ساردین و آنچوی با فیلتر کردن آب تغذیه می‌کنند. آنها با دهانی باز شنا می‌کنند و پلانکتون را با استفاده از سامانه قوس‌های آبششی خود به دام می‌اندازند. بلانکه که عضو حوزه‌های پژوهشی میان‌رشته‌ای «زندگی و سلامت» و «آینده‌های پایدار» در دانشگاه بن است، می‌گوید: ما ساختار این سامانه را با دقت بررسی کردیم و آن را الگوی توسعه فیلتری قرار دادیم که بتواند در ماشین‌های لباس‌شویی به کار رود.

فیلتر ماشین لباس‌شویی با الهام از آبشش ماهی

عنصر فیلتر در مرکز، سامانه قوس‌های آبششی ماهی را تقلید می‌کند. محفظه فیلتر امکان تمیزکاری دوره‌ای و نصب در ماشین لباس‌شویی را فراهم می‌سازد.

در جریان فرگشت، این ماهی‌ها روشی شبیه «فیلتراسیون با جریان عرضی» (Cross-flow filtration) را توسعه داده‌اند. سامانه قوس‌های آبششی آنها به شکل قیفی است که در دهان ماهی پهن‌تر بوده و به سمت مری باریک می‌شود. دیواره‌های این قیف توسط قوس‌های آبششی شکل می‌گیرند. این قوس‌ها ساختارهایی شانه‌مانند دارند که خود با دندانه‌های ریز پوشیده شده‌اند. در نتیجه، نوعی توری ایجاد می‌شود که توسط قوس‌های آبششی کشیده و نگه داشته می‌شود.

خودتمیزشوندگی: غلتیدن پلانکتون به سمت مری

بلانکه توضیح می‌دهد: هنگام تغذیه، آب از دیواره نفوذپذیر قیف عبور می‌کند، تصفیه می‌شود و سپس آبِ عاری از ذرات از طریق آبشش‌ها دوباره به محیط بازمی‌گردد. اما پلانکتون برای عبور بیش از حد بزرگ است و به ‌وسیله ساختار غربالی طبیعی متوقف می‌شود. به‌ دلیل شکل قیفی، پلانکتون به سمت مری می‌غلتد و آنجا جمع می‌شود تا زمانی که ماهی آن را می‌بلعد؛ فرایندی که سامانه را تخلیه و تمیز می‌کند.

این اصل مانع مسدود شدن فیلتر می‌شود؛ به‌ جای برخورد مستقیم الیاف با فیلتر، آنها روی سطح آن می‌غلتند و به سمت مری هدایت می‌شوند. این فرایند همچنین بسیار کارآمد است، زیرا تقریباً تمام پلانکتون را از آب حذف می‌کند؛ دو ویژگی‌ای که یک فیلتر میکروپلاستیک نیز باید داشته باشد. از این ‌رو پژوهشگران سامانه قوس‌های آبششی را بازآفرینی کردند و در این مسیر، هم اندازه چشمه‌های توری غربال و هم زاویه بازشدگی قیف را تغییر دادند.

دستیابی فیلتر به کارایی بالا

هامان می‌گوید: به این ترتیب به ترکیبی از پارامترها دست یافتیم که به فیلتر ما امکان می‌دهد بیش از ۹۹ درصد میکروپلاستیک‌ها را از آب جدا کند، بدون آنکه مسدود شود.

برای رسیدن به این هدف، تیم پژوهشی علاوه بر آزمایش‌های تجربی، از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نیز استفاده کرد. این فیلترِ الهام‌گرفته از طبیعت فاقد سازوکارهای مکانیکی پیچیده است و بنابراین هزینه ساخت آن باید بسیار پایین باشد.

میکروپلاستیک‌های جداشده از آب شست‌وشو در خروجی فیلتر جمع می‌شوند و چند بار در دقیقه مکش می‌شوند. به گفته این پژوهشگر، این مواد می‌توانند مثلاً درون دستگاه فشرده شوند تا آب باقی‌مانده خارج شود. گلوله پلاستیکی حاصل از این فرایند را می‌توان هر چند ۱۰ بار شست‌وشو یک‌بار خارج کرد و همراه با زباله‌های عادی دفع نمود.

تیم دانشگاه بن به‌همراه مؤسسه فراونهوفر برای فناوری‌های زیست‌محیطی، ایمنی و انرژی (UMSICHT) پیش‌تر برای ثبت اختراع این دستاورد در آلمان اقدام کرده‌اند و فرایند ثبت اختراع در سطح اتحادیه اروپا در حال انجام است. پژوهشگران امیدوارند تولیدکنندگان، این فیلتر را توسعه دهند و در نسل‌های آینده ماشین‌های لباس‌شویی به کار گیرند. این اقدام می‌تواند—دست‌کم تا حدی—از گسترش میکروپلاستیک‌های ناشی از منسوجات جلوگیری کند؛ امری که ضروری است، زیرا تحلیل‌ها نشان می‌دهد این ذرات می‌توانند آسیب‌های جدی به سلامت وارد کنند. آنها پیش‌تر در شیر مادر، جفت و حتی در مغز شناسایی شده‌اند.

انتهای پیام/