Världen behöver rent vatten, och dess behov kommer bara att växa under de kommande decennierna. Ändå är avsaltning och andra vattenrenande tekniker ofta dyra och kräver mycket energi att köra, vilket gör det så mycket svårare att ge mer rent vatten till en växande befolkning i en värmande värld.

Att gå vidare, forskare bör använda verktyg som de som finns tillgängliga vid röntgensynkrotroner för att bättre mäta egenskaperna hos material som är involverade i att rena salt eller på annat sätt förorenat vatten, hävdar forskare vid Department of Energy's SLAC National Accelerator Laboratory och University of Paderborn i Tyskland,

"Detta är verkligen en lämplig tid för landet - nationella laboratorier, akademi och industriella partners — för att främja vetenskapen relaterad till avsaltning" och annan teknik för rent vatten, sa Michael Toney, en framstående vetenskapsman vid SLAC:s Stanford Synchrotron Radiation Lightsource. Toney tillsammans med medförfattarna SSRL-forskaren Sharon Bone och Paderborns professor Hans-Georg Steinrück har just publicerat ett nytt perspektiv på att utveckla rentvattenteknologin i tidskriften Joule .

Utmaningen är betydande. Runt världen, miljarder människor kämpar för att hitta rent dricksvatten minst en månad om året, och prognoser tyder på att efterfrågan på vatten i vissa delar av USA - inklusive Kalifornien, som kämpar med torka – kommer att överträffa utbudet omkring 2050.

Dessutom, Att avsalta eller på annat sätt rena vatten är ofta kostsamt och energiineffektivt – och det är inte alltid klart hur man kan förbättra dessa tekniker.

Till exempel, vid membranomvänd osmos, saltvatten rinner över ett membran under tryck, trycker rent vatten genom membranet in i en sötvattenström och håller kvar salt, organiska, och föroreningar på saltvattenströmmen. Ändå förstår forskarna inte i mycket detalj de fysikaliska och kemiska processer som är ansvariga för den filtreringen eller hur några av fallgroparna med omvänd osmos – som nedsmutsning, ackumuleringen av organiskt och oorganiskt material på membranet - stör processen.

"Det är komplexiteten i dessa system som gör dem så svåra att undersöka, och det är därför synkrotronen är så värdefull, eftersom det tillåter oss att undersöka det, " sa Prof Steinrück.

Om forskarna förstod bättre hur omvänd osmos fungerade och hur den kan bli förorenad, de kunde hitta ledtrådar för att förbättra processen och för att utveckla nya material för teknik för rent vatten. röntgenspektroskopi, till exempel, kan avslöja vilka molekyler som är mest ansvariga för nedsmutsning. Experiment med röntgenspridning och avbildningsmetoder, såsom elektronmikroskopi, skulle kunna ge forskare och ingenjörer en bättre bild av vad som händer i en fin skala. Detsamma gäller andra tekniker, såsom kapacitiv jonisering, en teknik som fungerar bäst på lågsalthalt eller bräckt grundvatten och som är nära relaterad till spjutspetsforskning inom batterier. Vad mer, denna finskaliga förståelse skulle kunna göra det möjligt för forskare att designa nya material för avsaltning och för att mildra nedsmutsning.

Den typen av forskning är också en möjlighet för forskare att göra mer av en direkt inverkan på ett allt mer pressande globalt problem – en faktor som motiverade Bone, som också arbetar för att förstå hur både föroreningar och näringsämnen cirkulerar genom naturliga ekosystem, att arbeta med kollegor på SLAC och kemiingenjörer vid Stanford University om teknik för rent vatten. Arbetar med Stanford kemiteknik doktorand Valerie Niemann och professor William Tarpeh, Bone and Toney har redan börjat undersöka hur foulants ackumuleras på omvänd osmos membran.

"Jag ville gå med i denna ansträngning eftersom jag såg det som en möjlighet att direkt arbeta med en teknik som skulle kunna påverka inför klimatförändringarna, " sa Bone.