הציפוי הדקיק שמטהר מים
האם בקרוב נוכל למלא שקית במים מזוהמים, להשאיר אותה זמן-מה בשמש ולקבל מי שתייה נקיים? יריעה המנצלת את אור השמש ליצירת מחמצנים חזקים עשויה לשנות את חייהם של בני אדם בעולם השלישי
עוד כתבות מאתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
מקהלה עליזה
סוס טרויאני - עכשיו גם במלחמה בסרטן המקרה המוזר של הנגיף המפוצלעל פי נתונים של המרכז האמריקני לבקרת מחלות ומניעתן, לא פחות מ-780 מיליון בני אדם סובלים ממחסור במים נקיים. היעדר מי שתייה ותנאים סניטריים הולמים מביא לתחלואה גבוה של בני אדם, ובעיקר ילדים. כדי להבין את ממדי האסון, כ-11 אחוזים מהילדים בני פחות מחמש שנים שמתים בכל שנה מרחבי העולם, מתים ממחלות שגורמות לשלשולים, כלומר כ-800 אלף ילדים. כ-88 אחוזים מהמחלות האלה הן תוצאה ישירה של שתיית מים מזוהמים והיעדר תנאי תברואה והיגיינה הולמים.
מעבר לרמות גבוהות של תחלואה ותמותה, היעדר זמינות של מים נקיים פוגע גם באפשרויות של נשים ללמוד ולהתפתח. כבר בגיל בית ספר יסודי, ילדות נדרשות להשיג ולהביא לביתן מים נקיים. העיסוק הזה מקשה עליהן להגיע לבית הספר, ללמוד ולקבל הזדמנות לחיים טובים יותר.
אמנם, ישנן שיטות רבות ויעילות לטיהור מים, אך רובן דורשות משאבים רבים ותשתיות יקרות, שהופכים אותן לבלתי נגישות לאנשים שחיים במדינות העולם השלישי העניות להחריד. עמותות רבות מנסות להגדיל את אספקת המים הנקיים באמצעות גיוס תרומות להקמת תשתיות מתאימות. גם העולם המדעי נרתם למשימה, וקבוצות מחקר רבות שוקדות על פיתוח טכנולוגיות נקיות ובנות קיימא שיכולות לספק מים נקיים וזולים בעזרת משאבים שזמינים גם בקהילות עניות במיוחד, כמו אור השמש.
רבות מהטכנולוגיות האלו מבוססות על פוטו-זרזים, חומרים שיכולים לבלוע את אור השמש ולנצל את האנרגיה שנבלעה כדי להניע תהליכים כימיים שיכולים להשמיד חיידקים במים. חומרים אלו אינם מתכלים בזמן התגובה הכימית שקוטלת את החיידקים, אלא רק מספקים את האנרגיה להתרחשותה. הפוטו-זרזים צריכים גם להיות זולים, לא להכיל רעלנים או מתכות כבדות, ולהיות יעילים כדי לטהר כמויות מים מספיקות בזמן קצר יחסית.
לחמצן את המים
החומר הדו-ממדי שנבדק במחקר החדש (g-C3N4) בנוי מיריעה בעובי שכתב אטומים אחת, בדומה לגרפן, אך בחומר זה היריעה מורכבת מאטומי חנקן ופחמן. החוקרים מהאוניברסיטה לטכנולוגיה בסידני שבאוסטרליה הצליחו לשלב בקצות היריעות קבוצות כימיות פעילות כמו חומצות וקטונים, כדי להפוך את היריעה לפוטו-זרז מטהר מים.
כאשר יריעה דקיקה זו נחשפת לאור השמש, היא בולעת קרינה המספקת לאלקטרונים שבה את האנרגיה הדרושה כדי להשתחרר מכוח המשיכה של גרעין האטום ולהשתתף בהולכה חשמלית. התהליך דומה למנגנון שמאפשר הפקת חשמל מבליעת קרינת השמש. הקבוצות הכימיות שבקצות היריעה יכולות למשוך אליהן אלקטרונים. כך האלקטרונים החופשיים מגיעים לקצות היריעה, שם הם יכולים לעבור בצורה יעילה אל מולקולות המים ולייצר מולקולות מחמצנות חזקות, ביניהן מימן על-חמצני ("מי חמצן"), שיכולות לפגוע במעטפת התא של החיידק ולהשמיד אותו ביעילות.
החוקרים הדגימו את פוטנציאל טיהור המים של החומר החדש כשהשתמשו ביריעות הדו-ממדיות הדקיקות כדי לצפות שקית פלסטיק רגילה. לאחר מכן מילאו את השקית במים מזוהמים, והראו כי לאחר חשיפה של שעה לאור השמש, הושמדו כ-99.999 אחוזים מהחיידקים שבמים.
אמנם, יש עוד דרך ארוכה עד לשימוש בקנה מידה רחב בטכנולוגיה הזאת, אבל החזון שבו לוקחים שקית פשוטה שמצופה בפוטו-זרז החדש, ממלאים אותה במים מזוהמים ומשאירים אותה בשמש לשעה כדי לקבל 10 ליטרים של מי שתייה נקיים, נותן תקווה שבעתיד אספקת מים נקיים תהיה מובנת מאליה גם במקומות הנידחים והעניים ביותר בעולם.
ד"ר איתן אוקסנברג, מכון דוידסון לחינוך מדעי
למחקר המלא:
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30572-2
לפנייה לכתב/ת 
