Forskare från ICIQ i Spanien har designat mikromotorer som rör sig på egen hand för att rena avloppsvatten. Processen skapar ammoniak, som kan fungera som en grön energikälla. Nu ska en AI-metod utvecklad vid Göteborgs universitet användas för att trimma motorerna för att uppnå bästa möjliga resultat.
Mikromotorer har dykt upp som ett lovande verktyg för miljösanering, till stor del tack vare deras förmåga att autonomt navigera och utföra specifika uppgifter i mikroskala. Mikromotorn består av ett rör tillverkat av kisel och mangandioxid där kemiska reaktioner orsakar utsläpp av bubblor från ena änden. Dessa bubblor fungerar som en motor som sätter röret i rörelse.
Forskare från Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ) har byggt en mikromotor täckt med den kemiska föreningen laccase, som påskyndar omvandlingen av urea som finns i förorenat vatten till ammoniak när det kommer i kontakt med motorn. Forskningen är publicerad i tidskriften Nanoscale .
"Detta är en intressant upptäckt. Idag har vattenreningsverk problem med att bryta ner all urea, vilket resulterar i övergödning när vattnet släpps ut. Detta är ett allvarligt problem i framför allt tätorter", säger Rebeca Ferrer, doktor. . student vid doktor Katherine Villas grupp vid ICIQ.
Att omvandla urea till ammoniak erbjuder också andra fördelar. Om du kan utvinna ammoniaken ur vattnet har du också en källa till grön energi eftersom ammoniak kan omvandlas till väte.
Det finns ett stort utvecklingsarbete att göra, där bubblorna som produceras av mikromotorerna utgör ett problem för forskarna.
"Vi måste optimera designen så att rören kan rena vattnet så effektivt som möjligt. För att göra detta måste vi se hur de rör sig och hur länge de fortsätter att arbeta, men det är svårt att se i mikroskop eftersom bubblorna skymma sikten", förklarar Ferrer.
Men tack vare en AI-metod utvecklad av forskare vid Göteborgs universitet är det möjligt att uppskatta mikromotorernas rörelser i mikroskop. Maskininlärning gör att flera motorer i vätskan kan övervakas samtidigt.
"Om vi inte kan övervaka mikromotorn kan vi inte utveckla den. Vår AI fungerar bra i en laboratoriemiljö, där utvecklingsarbetet för närvarande pågår", säger Harshith Bachimanchi, doktor. student vid Fysiska institutionen, Göteborgs universitet.
Forskarna har svårt att säga hur lång tid det tar innan även stadsvattenreningsverk kan bli energiproducenter. Mycket utvecklingsarbete återstår, bland annat på AI-metoden, som måste modifieras för att fungera i storskaliga försök.
"Vårt mål är att trimma motorerna till perfektion", säger Bachimanchi.
Mer information: Rebeca Ferrer Campos et al, Bubble-propelled micromotors for ammoniak generation, Nanoscale (2023). DOI:10.1039/D3NR03804A
Journalinformation: Nanoskala
Tillhandahålls av Göteborgs universitet
