Мембраны, имитирующие почки

Пытаясь решить сложную проблему, инженеры нередко обращаются к природе за ее решением.

«Природа - наша самая большая лаборатория исследований и разработок. Какие бы открытия ни делала природа, они весьма эффективны », - говорит Питер Холм Йенсен, генеральный директор и соучредитель компании Aquaporin A / S.

Одна из проблем, с которой столкнулись инженеры космической отрасли с самого начала, - это необходимость эффективно фильтровать воду. Учитывая высокую стоимость доставки воды в космос, на борту космических кораблей необходимо переработать как можно больше влаги в питьевую воду. На Международной космической станции (МКС) каждая капля влаги, от влажности до мочи, фильтруется, очищается и используется повторно. Но нынешняя система полагается на тяжелые фильтрующие элементы, которые затрудняют операции по пополнению запасов и должны заменяться каждые 90 дней. Он также не может отфильтровать некоторые полулетучие загрязнения.

Компания  Aquaporin работает над созданием системы фильтрации воды на основе аквапоринов - белков, которые все живые клетки используют для переноса воды через свои мембраны.

Аквапорины позволяют корням растений поглощать воду из почвы и почек человека, например, фильтровать около 45 галлонов жидкости в день, и они бывают сотнями разновидностей.

Описание технологии

Компания работает с двумя основными типами фильтров: один для обратного осмоса, который использует давление для проталкивания жидкости через фильтр, и один для прямого осмоса, который работает без какой-либо энергии или внешнего воздействия. При прямом осмосе с загрязненной водой с одной стороны мембраны и соленая вода с другой, физика энтропии требует, чтобы соль равномерно распределялась по всей воде. Но поскольку соль не может пройти через мембрану, она втягивает всю воду с другой стороны мембраны, оставляя после себя только загрязняющие вещества. Чтобы очистить воду для питья, сахар оказывает такое же действие.

Когда подается давление, в конце концов, мембрана забивается. При прямом осмосе, поскольку нет давления, это больше похоже на всасывание воды губкой. Мембраны гораздо реже забиваются. Таким образом, прямой осмос может обрабатывать очень проблемную воду, устраняя необходимость в перегонке.

В конечном итоге,  Aquaporin успешно испытывал в течение трех лет, используя сахарную воду для извлечения чистой воды из мочи. Испытания подтвердили, что прототип мембраны Aquaporin превзошел систему, используемую на МКС, включая удаление большинства полулетучих соединений. Дальнейшие испытания на космической станции, показали, что технология работает так же хорошо в космосе и что белки достаточно стабильны, чтобы прослужить не менее года - без потери производительности.  

При испытаниях на МКС использовалась половолоконная мембрана Aquaporin, разработанная для прямого осмоса, но она была протестирована с использованием как прямого осмоса, так и обратного осмоса, управляемого давлением. Рассматривается возможность замены фильтрующих слоев в существующей системе очистки воды, работающей в режиме обратного осмоса, на аквапориновую мембрану. 

В 2014 году,  компания усовершенствовала свою формулу и начала двигаться в направлении промышленного производства.

Возможности.

Aquaporin в основном предназначен для промышленного использования для прямого осмоса, например, для очистки сточных вод в нефтегазовой, пищевой, молочной и текстильной промышленности, а также на других предприятиях, которые производят большие объемы сильно загрязненных сточных вод.

Компания сотрудничает с более чем 50 компаниями по очистке сточных вод, которые приобрели и проводят пилотные испытания мембран прямого осмоса, а также рассматривают возможность создания новых промышленных систем на их основе.

Системы, построенные с использованием продуктов прямого осмоса Aquaporin Inside, могут исключить этапы предварительной и последующей обработки. В животноводстве высокая селективность мембран позволяет им повторно улавливать мочевину из сточных вод для получения удобрений. В фармацевтической промышленности они могут улавливать активные ингредиенты, которые недоступны другим системам, и их даже можно использовать для сбора вирусных частиц для вакцин.

Новое производственное предприятие Aquaporin A / S оборудовано для производства 2,5 миллионов квадратных метров мембран в год как для прямого, так и для обратного осмоса. Сейчас в компании работает более 100 сотрудников.