Учёные Боннского университета предложили неожиданное и при этом элегантное решение: фильтр, скопированный с системы жаберных дуг у рыб-фильтраторов. В ходе первых испытаний устройство удаляло более 99% микропластиковых волокон из воды после стирки. Результаты работы опубликованы в журнале npj Emerging Contaminants, на технологию уже подана патентная заявка.
По оценкам исследователей, одна стиральная машина в семье из четырёх человек может выбрасывать до 500 граммов микропластика в год. Основной источник — истирание синтетических тканей во время стирки. Сегодня эти частицы почти без препятствий попадают в канализацию, накапливаются в осадке очистных сооружений, а затем вместе с ним нередко возвращаются в окружающую среду в виде удобрений для сельского хозяйства. В результате микропластик оказывается не только в реках и морях, но и на полях, а затем — в пищевых цепочках.
Попытки отфильтровать микропластик предпринимались и раньше, однако существующие решения оказались далеки от идеала. Одни фильтры быстро забиваются, другие не обеспечивают достаточной степени очистки воды. В поисках альтернативы команда под руководством доктора Леандры Хаманн и доктора Александра Бланке обратилась к биологии — точнее, к рыбам, которые миллионы лет используют высокоэффективную фильтрацию для питания.
Скумбрия, сардины и анчоусы добывают пищу, пропуская воду через сложную систему жаберных дуг. Эти структуры образуют воронку: широкую у рта и сужающуюся к глотке. Стенки воронки состоят из гребенчатых дуг с мелкими зубцами, формирующими естественную фильтрующую «сетку». Вода проходит сквозь неё и выходит через жабры, а частицы пищи задерживаются и благодаря форме системы скатываются к глотке. Это не только эффективно, но и предотвращает засорение — фильтр самоочищается по мере работы.
Именно этот принцип исследователи воспроизвели в инженерной конструкции. Центральный элемент нового фильтра имитирует жаберную систему рыбы, а корпус позволяет интегрировать его непосредственно в стиральную машину и периодически очищать. Учёные варьировали размер ячеек и угол раскрытия «воронки», используя как лабораторные эксперименты, так и компьютерное моделирование. В итоге была найдена конфигурация, при которой фильтр задерживает более 99% микропластика, не теряя пропускной способности.
Собранные волокна накапливаются на выходе фильтра и автоматически удаляются несколько раз в минуту. Их можно дополнительно обезвоживать и прессовать в компактные гранулы, которые требуется извлекать лишь раз в несколько десятков стирок и утилизировать вместе с обычными бытовыми отходами. При этом конструкция не содержит сложных движущихся элементов, что делает её потенциально дешёвой и надёжной в массовом производстве.
Команда Боннского университета совместно с Институтом Фраунгофера UMSICHT уже подала патентную заявку в Германии и готовит документы для защиты технологии на уровне всего Европейского союза. В перспективе исследователи рассчитывают, что производители бытовой техники интегрируют такие фильтры в новые модели стиральных машин.
Это может стать важным шагом в борьбе с микропластиком, который сегодня находят уже не только в воде и пище, но и в грудном молоке, плаценте и даже в тканях мозга человека. Решение, подсмотренное у рыб, наглядно показывает: иногда для технологического прорыва достаточно внимательно посмотреть на то, как эту задачу давно и безотказно решает природа.
