Med två miljarder människor världen över saknar tillgång till rent och säkert dricksvatten, gemensam forskning av Monash University, CSIRO och University of Texas i Austin publicerade idag i Vetenskapens framsteg kan erbjuda en ny banbrytande lösning.

Allt handlar om metall-organiska ramverk (MOFs), ett fantastiskt nästa generations material som har den största inre ytan av något känt ämne. Svampliknande kristaller kan användas för att fånga, lagra och frigöra kemiska föreningar. I detta fall, saltet och jonerna i havsvattnet.

Dr Huacheng Zhang, Professor Huanting Wang och docent Zhe Liu och deras team vid tekniska fakulteten vid Monash University i Melbourne, Australien, i samarbete med Dr Anita Hill från CSIRO och professor Benny Freeman från McKetta Department of Chemical Engineering vid University of Texas i Austin, har nyligen upptäckt att MOF-membran kan efterlikna filtreringsfunktionen, eller "jonselektivitet", av organiska cellmembran.

Med vidareutveckling, dessa membran har betydande potential att utföra de dubbla funktionerna att ta bort salter från havsvatten och separera metalljoner på ett mycket effektivt och kostnadseffektivt sätt, erbjuder ett revolutionerande nytt tekniskt tillvägagångssätt för vatten- och gruvindustrin.

För närvarande, omvänd osmos membran är ansvariga för mer än hälften av världens avsaltningskapacitet, och det sista steget i de flesta vattenreningsprocesser, ändå har dessa membran utrymme för förbättring med en faktor 2 till 3 i energiförbrukning. De fungerar inte enligt principerna för uttorkning av joner, eller selektiv jontransport i biologiska kanaler, ämnet för 2003 års Nobelpris i kemi som tilldelades Roderick MacKinnon och Peter Agre, och har därför betydande begränsningar.

Inom gruvindustrin, membranprocesser utvecklas för att minska vattenföroreningar, samt för att återvinna värdefulla metaller. Till exempel, litiumjonbatterier är nu den mest populära strömkällan för mobila elektroniska enheter, dock med nuvarande konsumtionstakt, det finns en stigande efterfrågan som sannolikt kräver litiumproduktion från icke-traditionella källor, såsom återvinning från saltvatten och avfallsprocessströmmar. Om det är ekonomiskt och tekniskt genomförbart, direkt extraktion och rening av litium från ett så komplext vätskesystem skulle ha djupgående ekonomiska konsekvenser.

Dessa innovationer är nu möjliga tack vare denna nya forskning. Monash Universitys professor Huanting Wang sa, "Vi kan använda våra resultat för att ta itu med utmaningarna med avsaltning av vatten. Istället för att förlita oss på de nuvarande kostsamma och energikrävande processerna, denna forskning öppnar upp potentialen för att ta bort saltjoner från vatten på ett mycket mer energieffektivt och miljömässigt hållbart sätt."

"Också, detta är bara början på potentialen för detta fenomen. Vi kommer att fortsätta undersöka hur litiumjonselektiviteten hos dessa membran kan tillämpas ytterligare. Litiumjoner finns rikligt i havsvatten, så detta har konsekvenser för gruvindustrin som för närvarande använder ineffektiva kemiska behandlingar för att utvinna litium från stenar och saltlösningar. Den globala efterfrågan på litium som krävs för elektronik och batterier är mycket hög. Dessa membran erbjuder potentialen för ett mycket effektivt sätt att extrahera litiumjoner från havsvatten, en riklig och lättillgänglig resurs."

Bygger på den växande vetenskapliga förståelsen av MOF, CSIROs Dr Anita Hill sa att forskningen erbjuder en annan potentiell verklig användning för nästa generations material. "Möjligheterna att använda MOF för hållbar vattenfiltrering är otroligt spännande ur ett allmännyttigt perspektiv, samtidigt som ett bättre sätt att utvinna litiumjoner för att möta den globala efterfrågan kan skapa nya industrier för Australien, " sa Dr Hill.

Professor Benny Freeman vid University of Texas i Austin säger, "Producerat vatten från skiffergasfält i Texas är rikt på litium. Avancerade separationsmaterialkoncept, som denna, skulle potentiellt kunna förvandla denna avfallsström till en möjlighet att återvinna resurser. Jag är mycket tacksam över att ha fått möjligheten att arbeta med dessa framstående kollegor från Monash och CSIRO via den australisk-amerikanska Fulbright Commission for the U.S. Fulbright Distinguished Chair in Science, Teknik och innovation sponsrad av Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO)."