Filtrul de aer care se „încarcă” la soare. Noua tehnologie poate schimba măștile și purificatoarele

Tehnologia, prezentată într-un studiu publicat în revista Chem, este încă într-o etapă experimentală. Cercetătorii au demonstrat că materialul poate ajunge la niveluri de filtrare comparabile cu standardele N95 și N99, însă produsul nu este încă disponibil comercial.

Cum funcționează filtrul care se încarcă la lumină

La prima vedere, noul filtru seamănă cu unul obișnuit. Cercetătorii au pornit de la o membrană din polipropilenă, un material deja folosit pe scară largă la fabricarea măștilor de protecție.

Peste această membrană au aplicat un strat special format dintr-un material care reacționează la lumină și căldură. Sistemul poate acumula o sarcină electrică pe suprafața filtrului.

Principiul este asemănător cu electricitatea statică. Așa cum un balon frecat de un material textil poate atrage fire de păr sau particule de praf, suprafața încărcată electric a filtrului atrage particulele microscopice din aer și le reține, potrivit Independent.

Diferența importantă este că sarcina electrică poate fi refăcută cu ajutorul luminii. În compoziția stratului special se află PVDF-TrFE, un compus cunoscut pentru capacitatea de a păstra sarcina electrică, precum și particule extrem de mici de metal lichid. Acestea transformă lumina în căldură, iar căldura activează mecanismul prin care materialul își recapătă capacitatea de a menține sarcina electrică.

Astfel, filtrul poate fi încărcat din nou fără să fie conectat la o sursă de energie electrică.

Citește și Un chimist român reproiectează materia: materiale care pot stoca energie și capta apă din aer

Poate fi încărcat și de lumina unui bec LED

Unul dintre cele mai interesante rezultate ale experimentelor este că filtrul nu are nevoie de lumină solară puternică.

Cercetătorii au testat sistemul folosind inclusiv surse de lumină cu energie redusă. Lumina provenită de la LED-uri și chiar lumina soarelui într-o zi înnorată a fost suficientă pentru a încărca materialul până la un nivel care a permis obținerea unei eficiențe de filtrare corespunzătoare standardelor N95 și N99.

Această caracteristică ar putea avea implicații importante pentru dispozitivele care trebuie utilizate perioade îndelungate fără acces permanent la energie electrică.

În cazul unei măști reutilizabile, de exemplu, filtrul ar putea fi curățat și apoi reîncărcat cu lumină, în loc ca întreaga mască sau componentă filtrantă să fie aruncată atunci când își pierde eficiența.

Cât de bine filtrează particulele

Pentru a verifica performanța materialului, cercetătorii l-au expus la particule de clorură de sodiu și funingine cu dimensiuni de aproximativ 0,3 micrometri, la niveluri de umiditate cuprinse între 20% și 90%.

Rezultatele au indicat că materialul își păstrează în mare parte performanța. După o lună de utilizare, filtrul și-a păstrat 99% din eficiența maximă de filtrare, iar în următoarele două luni a menținut aproximativ 95%.

Un alt avantaj observat în teste a fost comportamentul la umiditate.

În cazul unor măști N95 convenționale analizate în paralel, sarcina electrică de pe material a scăzut în timp la niveluri de umiditate cuprinse între 20% și 60%. În aceste condiții, eficiența filtrării a coborât sub 95%, potrivit studiului.

Noul material a fost conceput tocmai pentru a limita această pierdere de performanță.

Filtrul ar putea fi folosit și împotriva microorganismelor

Cercetătorii nu s-au limitat la particulele de praf și funingine. Au fost testate și variante ale materialului în care au fost introduse particule de argint sau cupru. Varianta cuprată a capturat și neutralizat 99,99% din coronavirusul uman comun HCoV-OC43 în condițiile experimentului, în timp ce varianta cu argint a demonstrat proprietăți antibacteriene.

Materialul s-a dovedit, de asemenea, mai eficient decât filtrele convenționale în reținerea sporilor fungici de Aspergillus niger.

Cercetătorii au efectuat și teste privind toxicitatea, iar rezultatele au indicat că nivelurile mici de metal eliberate în timpul utilizării nu au atins concentrații considerate de echipă drept problematice pentru siguranță.

Aceste rezultate sunt însă rezultate de laborator. Ele nu înseamnă că orice mască realizată cu această tehnologie oferă automat protecție împotriva virusurilor sau bacteriilor în condiții reale de utilizare.

Citește și Când SF-ul devine realitate: americanii rezolvă criza asistentelor medicale cu ajutorul roboților

De la măști N95 la ferestre și dispozitive medicale

Cercetătorii de la Jilin University au realizat prototipuri pentru măști de protecție, ecrane pentru ferestre și dispozitive utilizate la colectarea probelor biologice.

În cazul ecranelor exterioare, materialul și-a păstrat un nivel ridicat de transparență și, în același timp, a reușit să capteze mai multe particule de dimensiuni mari decât unele filtre comerciale convenționale.

„Sistemul încărcat cu lumină oferă o abordare sustenabilă și personalizabilă pentru captarea particulelor, depășind în mod eficient problemele legate de stabilitatea redusă a filtrării și înfundarea întâlnite frecvent la filtrele convenționale”, a declarat Dr. Jihong Yu, cercetător implicat în studiu.

De ce nu poți cumpăra încă filtrul

În ciuda rezultatelor promițătoare, există o diferență importantă între un prototip care funcționează în laborator și un produs comercial.

Cercetătorii spun explicit că tehnologia se află încă într-o etapă incipientă, de tip proof of concept. Cu alte cuvinte, experimentele au demonstrat că principiul poate funcționa, dar mai sunt necesare cercetări înainte ca acesta să poată fi transformat într-un produs fabricat la scară largă.

Unul dintre aspectele care trebuie îmbunătățite este procesul de autocurățare. Echipa mai trebuie să stabilească și cât de ușor poate fi produs materialul în cantități mari și cum poate fi integrat în diferite produse.

„Procesul de autocurățare al noului filtru poate fi încă îmbunătățit, iar cercetările suplimentare sunt necesare pentru a stabili cât de ușor poate fi produs în masă și integrat în alte produse”, a explicat Dr. Yu.

Cercetătorul a adăugat: „Promovarea sistemului de filtrare a aerului încărcat cu lumină pentru utilizarea în lumea reală este unul dintre obiectivele noastre viitoare. Între timp, dorim să ne concentrăm asupra identificării unor modalități de purificare a aerului în condiții extreme.”

Citește și Oțelul „imposibil de explicat” care ar putea înlocui titanul și ieftini de 40 de ori producția de hidrogen verde

De ce este importantă o astfel de tehnologie

Majoritatea sistemelor comerciale de purificare a aerului folosesc fie energie electrică, fie filtre care trebuie înlocuite periodic. Unele sisteme utilizează câmpuri electrice de înaltă tensiune pentru a încărca particulele din aer, astfel încât acestea să poată fi captate.

Există și filtre care folosesc electricitatea statică generată prin frecare, cunoscută drept filtrare triboelectrică. Problema acestora este că sarcina electrică se poate diminua în timp, în special în condiții de umiditate ridicată.

Noua tehnologie încearcă să rezolve tocmai această problemă printr-un mecanism prin care energia luminii este transformată indirect în capacitate de filtrare.

Dacă rezultatele vor putea fi confirmate în teste independente și în condiții reale, principiul ar putea deschide drumul către filtre reutilizabile, cu necesar redus de energie și întreținere.

Deocamdată însă, filtrul care se „încarcă” la soare rămâne o tehnologie experimentală. Nu este încă un purificator sau o mască pe care consumatorii o pot cumpăra, iar rezultatele obținute în laborator nu trebuie confundate cu certificarea unui produs destinat utilizării comerciale.