Nanorurki mogą pomóc oczyszczać oceany

Plonacy Deepwater Horizon

Gdy wiosną 2010 roku metan znajdujący się pod wysokim ciśnieniem w systemach platformy wiertniczej Deepwater Horizon wydostał się z przewodów i uległ zapłonowi, echa eksplozji odbijały się po świecie szerokim echem przez kolejnych wiele miesięcy. Wybuch, a w konsekwencji destrukcja platformy, pozostawiły po sobie otwarty odwiert, z którego przez kolejne tygodnie wydobywała się do Oceanu Atlantyckiego ropa. Ostatecznie otwór udało się zablokować dopiero trzy miesięce później. Do tego momentu jednak do oceanu wydostawało się średnio 50 tysięcy baryłek ropy dziennie.

Plonacy Deepwater Horizon
Akcja gaszenia olbrzymiego pożaru platformy Deepwater Horizon. /źródło: wiki (domena publiczna)

Ta potworna ilość ropy zdryfowała następnie do południowych wybrzeży Stanów Zjednoczonych, przynosząc ze sobą śmierć i zniszczenie. Wielka plama ropy przyczyniła się do śmierci ponad 6000 zwięrząt, wielu z nich należących do gatunków zagrożonych wyginięciem. 1/3 wód federalnych w Zatoce Meksykańskiej została zamknięta dla połowów ryb. Według danych Europejskiej Agencji Kosmicznej 20% młodocianych osobników tuńczyka błękitnopłetwego zginęło na skutek wycieku.

Prezydent Obama nieopatrznie nazwał firmę BP (która wynajmowała Deepwater Horizon) jej oryginalną nazwą British Petroleum, co zaogniło nieco relacje amerykańsko-brytyjskie (nie na długo, ale jednak): Brytyjczycy poczuli się oskarżeni o największą w amerykańskiej historii katastrofę ekologiczną, podczas gdy w istocie udziały BP znajdują się w rękach brytyjskich w równym stopniu co w amerykańskich, zaś 2/3 załogi firmy jest zatrudnione w Stanach Zjednoczonych.

Jak znacznie prostsza byłaby sytuacja – jak bezpieczniejsza, jak mniej szkodliwa – gdyby istniały środki do szybkiego oczyszczania wód morskich po wyciekach ropy. Katastrofa Deepwater Horizon była bowiem największą w dziejach Stanów Zjednocznych, ale nie jedyną niestety. A wycieki mogą być przecież nie tylko skutkiem awarii platformy – te zreszta zdarzają się dość rzadko, a słyszymy o nich w mediach głównie przez skalę zniszczeń, jakie taki wyciek może spowodować – ale na przykład w skutek kolizji czy zatonięcia tankowców.

ResearchBlogging.orgGrupa badaczy ze Stanów Zjednoczonych i Hiszpani opublikowała miesiąc temu w piśmie Scientific Reports pracę, która może dać odpowiedź na to pytanie. Naukowcy opisali w niej sposób syntezy na dużą skalą pewnego typu węglowych nanorurek, które zachowują się jak kochająca olej gąbka i które mogłyby być zastosowane do usuwania ropy z wód morskich.

Jednym z problemów, na jakie natykają się badacze zajmujący się węglowymi nanorurkami, to to, że nie ma dobrze działających metod wytwarzania ich w dużych ilościach. Nic w tym zresztą niezwykłego: węglowa nanorurka to zwinięta w tubkę warstwa o grubości jednego atomu. Biorąc pod uwagę te rozmiary łatwo sobie wyobrazić, jak trudno jest uzyskać makroskopowe struktury opierające się na nanorurkowym szkielecie.

Autorzy pracy zastosowali więc w syntezie nanorurek trik: wprowadzili do wnętrza węglowej struktury atomy boru. Skutkiem tego było wyginanie się rurek pod różnymi kątami, co doprowadziło do bardziej efektywnego splątania nanorurek w większych rozmiarów struktury. Zamiast lasu prostych nanorurek uzyskali oni bowiem trój wymiarową plątaninę przypominającą wnętrze gąbki.

Na ilustracjach (a) i (b) widać przykład nanorurkowych gąbek. Na rycinie (c) pokazano przekrój gąbki zobrazowany metodą SEM. Największe zbliżenie widoczne jest na ilustracji (d), na której zaznaczono „stawy”, w których znajdują się atomy boru wyginające nanorurki. /źródło: Hashim et al., Scientific Reports (2012) 2: 363 (CC BY-NC 2.5)

I też jak gąbka się ten materiał zachowuje, ale – w odróżnieniu od naturalnych gąbek – najchętniej wchłania nie wodę, lecz olej. Badacze sugerują, że wynika to ze wysokowęglowego składu nanorurek. Chociaż z braku wodoru nie są one klasycznymi węglowodorami, to jednak, jak to ujął jeden z autorów, „nanorurki kochają węgiel, gdyż same składają się głównie z węgla”. Nanorurkowe gąbki mają jeszcze kilka ciekawych właściwości: ropę można z nich odzyskać po prostu je wyciskając. Gdyby jednak z jakichś przyczyn nie było to możliwe, zassane przez nanorurkową gąbkę węglowodory można wypalić, a materiał po tym zabiegu nadaje się wciąż do powtórnego użycia.

Skutkiem innych zabiegów stosowanych przez badaczy w czasie syntezy gąbek są ich właściwości magnetyczne, które ułatwiają utrzymywanie nad gąbami kontroli. Teraz macie więc pełen obraz możliwości tego materiału. I nietrudno jest wydedukować, jak mógłby on być zastosowany do oczyszczania oceanów z wycieków ropy: wystarczyłoby wyrzucić dużą jego ilość na plamę ropy, poczekać aż ta zostanie zassana, a następnia wyłapać napęczniałą gąbkę wykorzystując jej magnetyczne możliwości.

Wszystko to brzmi nieco jak z powieści science-fiction. Ale jest już znacznie bliżej nauki niż fikcji, i kto wie, czy za parę, parenaście lat, wycieki ropy nie będą już tylko drobną niedogodnością, zamiast bycia monstrualną katastrofą ekologiczno-ekonomiczną.

Hashim, D., Narayanan, N., Romo-Herrera, J., Cullen, D., Hahm, M., Lezzi, P., Suttle, J., Kelkhoff, D., Muñoz-Sandoval, E., Ganguli, S., Roy, A., Smith, D., Vajtai, R., Sumpter, B., Meunier, V., Terrones, H., Terrones, M., & Ajayan, P. (2012). Covalently bonded three-dimensional carbon nanotube solids via boron induced nanojunctions Scientific Reports, 2 DOI: 10.1038/srep00363

1 Comment

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s