(PhysOrg.com) -- Dricksvatten är ofta efterfrågat och bristfälligt efter en naturkatastrof som jordbävningen i Haiti eller orkanen Katrina. I båda dessa fall, katastrofområdena var nära havet, men att omvandla salt havsvatten till drickbart sötvatten kräver vanligtvis en stor mängd pålitlig elkraft och storskaliga avsaltningsanläggningar - varav ingen av dem fanns tillgänglig i katastrofområdena.

En ny metod för avsaltning som utvecklas av forskare vid MIT och i Korea kan leda till små, bärbara enheter som kan drivas av solceller eller batterier och som kan leverera tillräckligt med färskvatten för att tillgodose behoven hos en familj eller en liten by. Som en extra bonus, systemet skulle också ta bort många föroreningar, virus och bakterier samtidigt.

Det nya tillvägagångssättet, kallad jonkoncentrationspolarisering, beskrivs i en artikel av postdoktor Sung Jae Kim och docent Jongyoon Han, både på MIT:s institution för elektroteknik och datavetenskap, och kollegor i Korea. Tidningen publicerades den 21 mars i tidskriften Naturens nanoteknik .

En av de ledande avsaltningsmetoderna, kallas omvänd osmos, använder membran som filtrerar bort saltet, men dessa kräver starka pumpar för att upprätthålla det höga tryck som behövs för att trycka vattnet genom membranet, och är föremål för nedsmutsning och blockering av porerna i membranet av salt och föroreningar. Det nya systemet separerar salter och mikrober från vattnet genom att elektrostatiskt stöta bort dem från det jonselektiva membranet i systemet - så det strömmande vattnet behöver aldrig passera genom ett membran. Det borde eliminera behovet av högt tryck och problemen med nedsmutsning, säger forskarna.

Systemet fungerar i mikroskopisk skala, använda tillverkningsmetoder utvecklade för mikrofluidikanordningar - liknande tillverkning av mikrochips, men med material som silikon (syntetgummi). Varje enskild enhet skulle bara behandla små mängder vatten, men ett stort antal av dem — forskarna föreställer sig en array med 1, 600 enheter tillverkade på en 8-tums skiva - kunde producera cirka 15 liter vatten per timme, tillräckligt för att ge dricksvatten till flera personer. Hela enheten kunde vara fristående och driven av gravitationen - saltvatten skulle hällas in på toppen, och färskt vatten och koncentrerad saltlösning uppsamlat från två utlopp på botten.

Den lilla storleken kan faktiskt vara en fördel för vissa applikationer, Kim förklarar. Till exempel, i en nödsituation som Haitis jordbävning, leveransinfrastrukturen för att få färskvatten till de människor som behöver det saknades till stor del, så liten, bärbara enheter som individer kunde bära skulle ha varit särskilt användbara.

Än så länge, forskarna har framgångsrikt testat en enda enhet, med havsvatten som de samlat in från en strand i Massachusetts. Vattnet förorenades sedan avsiktligt med små plastpartiklar, protein och mänskligt blod. Enheten tog bort mer än 99 procent av saltet och andra föroreningar. "Vi visade tydligt att vi kan göra det på enhetschipnivå, säger Kim. Arbetet finansierades främst av ett anslag från National Science Foundation, samt ett SMART Innovation Center-bidrag

Även om mängden el som krävs av denna metod faktiskt är något mer än för nuvarande storskaliga metoder som omvänd osmos, det finns ingen annan metod som kan producera småskalig avsaltning med någonstans i närheten av denna effektivitetsnivå, säger forskarna. Om den är korrekt konstruerad, det föreslagna systemet skulle bara använda ungefär lika mycket ström som en konventionell glödlampa.

Mark A. Shannon från Center of Advanced Materials for the Purification of Water with Systems vid University of Illinois i Urbana-Champaign, som inte var involverad i detta arbete, håller med om den bedömningen. I en News &Views-artikel som medföljer Nature Nanotechnology-tidningen, han skriver att det nya systemet uppnår "kanske den lägsta energin någonsin för avsaltning av mikroliter vatten, ” och när många av dessa mikroenheter kombineras parallellt, som Kim och hans medförfattare föreslår, "den skulle kunna användas för att leverera liter vatten per timme med bara ett batteri och gravitationsflöde av vatten." som möter ett stort behov, han säger, eftersom det för närvarande finns få effektiva metoder för småskalig avsaltning, både för nödsituationer och för användning i avlägsna områden i fattiga länder.

Alex Iles, en forskare vid University of Hull i Storbritannien, säger att även om ytterligare tester måste göras för att etablera långsiktig stabilitet och tillverkningstekniker, "Detta är ett elegant nytt koncept för vattenavsaltning." Han säger att det sannolikt kommer att producera en låg kostnad, system med lågt underhåll som kan vara "idealiskt för tillämpningar som katastrofhjälp." När det först presenterades på en konferens han deltog i förra året, Iles säger, "Jag trodde att det förmodligen var det viktigaste nya arbetet på hela konferensen, även om det bara var en affisch.”

Grundprincipen som gör systemet möjligt, kallad jonkoncentrationspolarisering, är ett allestädes närvarande fenomen som inträffar nära jonselektiva material (som Nafion, används ofta i bränsleceller) eller elektroder, och detta team och andra forskare har tillämpat fenomenet för andra tillämpningar som biomolekylförkoncentration. Denna applikation för vattenrening har inte försökts tidigare, dock.

Eftersom separationen sker elektrostatiskt, det fungerar inte för att ta bort föroreningar som inte har någon elektrisk laddning. För att ta hand om dessa återstående partiklar - mestadels industriella föroreningar - föreslår forskarna att enheten kan kombineras med ett konventionellt kolfiltersystem, på så sätt uppnå ren, säkert dricksvatten genom en enda enkel anordning.

Efter att ha bevisat principen i en enhet med en enhet, Kim och Han planerar att tillverka en enhet med 100 enheter för att demonstrera uppskalningen av processen, följt av en 10, 000-enhetssystem. De räknar med att det kommer att ta cirka två år innan systemet är redo att utvecklas som produkt.

"Efter det, säger Kim, "vi vet om det är möjligt" för att detta ska fungera som en robust, bärbart system, "och vilka problem som kan behöva arbetas med."