Korallzátonyok, algaeledel, új membránfajta, multifunkciós aerogél, organikus szűrő – egyebek mellett ezek is készültek már additív gyártási eljárással. Sorozatunk legújabb részében bemutatjuk a modern technológia eddigi szerepét a vízi ökoszisztéma védelmében és a víztisztításban.
A 3D nyomtatás alkalmazási területeiről szóló sorozatunk előző részeiben a katonai, valamint a rendőrségi megoldások kiemelkedő külföldi példáiról olvashattak. Legutóbbi írásunkban összegyűjtöttük, milyen vízügyi eszközöket készítettek már additív gyártási eljárással. Ezúttal pedig a vízi ökoszisztéma védelmét és a víztisztítást segítő 3D-s lehetőségeket, távlatokat mutatjuk be. A térbeli nyomtatás technológiatörténetéről korábban ötrészes sorozatot készítettünk.
A vízi ökoszisztéma védelme
Korallzátonyok
A globális felmelegedés a víz alatti ökoszisztémát sem kíméli: hosszú évek óta megfigyelhető a korallzátonyok és különleges élőviláguk gyors pusztulása. Szakmai előrejelzések alapján a következő húsz esztendőben a világ koralljainak mintegy kilencven százaléka megsemmisül. Ezt megelőzendő, Dubai és Olaszország tengervizeiben már 2016-ban 3D nyomtatással készült korallzátonyokat helyeztek el, hogy megóvják az élővilágot.
Ausztrália ugyancsak fontosnak érezte a mielőbbi cselekvést. A melbourne-i Zátonytervezés Laboratórium (RDL) és James Gardiner sydney-i építész természeti anyagból, homokkőből nyomtatott korallszerkezeteket. Így teremtettek olyan környezetet, amelyben a korall pusztulása után is fennmaradhat a tengeri élet. Printelt struktúráikat Bahreinben és Monacóban sikerrel alkalmazták. A fiatal korallpolipokat, valamint az ökoszisztémához tartozó más élőlényeket vonzották a térbeli nyomtatással, vibráló színekkel, élethűen utánzott korallstruktúrák.
Algagyűjtés
A korallok és az algák szimbiózisban élnek az óceánban. Előbbiek nagyon hatékonyan gyűjtik és használják fel a fényt, míg az algák fotoszintézissel cukrot állítanak elő. Így együtt adják a korallzátonyos ökoszisztéma alapját. 2020-ban a Cambridge-i Egyetem és a San Diegói Kaliforniai Egyetem közös algagyűjtő projektjében korallt printeltek úgy, hogy az eredeti élőlényt beszkennelték, majd kinyomtatták.
A korall alapanyaga biokompatiblis polimer– és hidrogélek kombinációja volt, amelybe cellulóz nanoanyagokat tettek. Így tudták utánozni az egészséges korallok fénytani tulajdonságait. A cellulóznak egyébként kiemelt szerepe van a fény szétszórásában, valamint a fotoszintézisben. A nyomtatott korall a teszteken nagyon hatékonyan osztotta szét a fényt: általa az algák növekedésnek indultak és a fentarthatóságot segítő biotermékekké váltak.
Algából élelmiszer
Az angolban „bikamoszatként” ismert új-zélandi alga (tudományos nevén: Durvillaea antarctica, spanyolul: cochayuyo) évszázadok óta fontos élelmiszerforrása Chile őslakosainak. A dél-amerikai ország szikláin honos, ott, ahol intenzív a hullámzás, továbbá mélyvíz áll rendelkezésére. A veszélyes helyekről még napjainkban is gyűjtik, és a sziklákon szárítják a tápanyagokban gazdag, omega-3-at, más zsírsavakat, jódot, polifenolokat, B és B1 vitamint, vasat, illetőleg fehérjéket tartalmazó élelmiszert.
A Chilei Egyetem kutatói a barna algából tápláló, ehető Pokémon-figurákat készítettek gyerekeknek. A nyomatok nemcsak formában, hanem szín, íz, aroma, illat és látvány szempontjából is különböztek egymástól. A nyomtatás menete a következő volt: a dehidratált algákat lisztté őrölték, az algaliszthez pedig instant krumplipürét és forró vizet adtak. Így printelhető zselatinos anyagot kaptak, mert a keményítő stabilizálta a nyomtatási folyamatot.
Víztisztítás
Új membránfajtát gyártó startup
2018-ban a szingapúri Nanyang Műszaki Egyetem (NTU) kutatói NanoSun néven víztechnológiai startup 3D nyomtatóüzemet hoztak létre egy új membránfajta gyártására. A többmillió egymásra rétegzett nanorostból (a nano a milliméter milliomodrésze) az összetömörített vékony polimer membránt savval kezelték, hogy lyukacsosabbá váljon. A hagyományos (kerámia, polimer) membránokkal szemben a szingapúri eszköz ötször gyorsabban képes megszűrni a vizet. A 3D-s membrán szűrőfelülete tetszőlegesen átméretezhető. A szerkezet többfunkciós: a rétegzett rostok sűrűségétől és vékonyságától függően mikro- és ultraszűrőként egyaránt használható. A hagyományos szűrők erre nem képesek.
Multifunkciós aerogél
A Buffalói Egyetem kutatói 3D nyomtatással, valamint fagyasztva szárítással állították elő 2021-ben agrafén-biopolimer aerogélt. Az anyag könnyű, rendkívül porózus, a gélfolyadék gázra cserélésével készült. A töltőanyag grafénbázisú volt, amelyhez szintetikus polidopamint, illetve szarvasmarha-fehérjét adtak. A kutatók által kifejlesztett anyag vegyszermentes vízkezelésre alkalmas, többször felhasználható és különböző vízkezelő-berendezésekben alkalmazható. Az aerogél a teszteken megszabadította a vizet a nehézfémektől, így például az ólomtól, a krómtól, ráadásul még a szerves színezőanyagokat és az oldószerként használt hexánt, heptánt és toluolt is kiszűrte.
Organikus szűrő
Évente elképesztő mennyiségű, 350 millió tonna műanyaghulladék termelődik, amelynek jelentős része a tengerekbe kerül. Tavaly erre a problémára kerestek megoldást a San Diegói Kaliforniai Egyetemen, ahol rácsos szerkezetű, organikus élő anyagot nyomtattak a szennyező anyagok ellen. Ez a kialakítás nyújtja a legtöbb tápanyagot a baktériumnak, egyben maximalizálja a fertőtlenítésre váró felületet. A nyomtatóanyag az alginátként ismert tengerimoszat-polimerből és génmanipulált kékmoszatokból (cianobaktériumokból) állt.
A szennyeződéseket a moszat szerkezetét lebontó enzimek termelésével távolították el. A káros anyagokat pedig ártalmatlan molekulákká alakították át. A baktériumok lakkáz enzimet választottak ki. Ez az enzim olyan szennyező anyagokat semlegesít, mint a polikarbonát a műanyagokban, az antibiotikumok és más gyógyszerek, vagy például a vízpalackokban megtalálható BPA (biszfenol-A). A kutatók által printelt baktérium önmegsemmisítő eszközzel rendelkezik. Például, ha teofillin molekulával kerül kapcsolatba, akkor belülről megsemmisül.
Következő írásunkban az űrkutatás jelentős magyar tervezőmérnökeiről emlékezünk meg.
