水資源短缺是全球眼下面對的嚴峻問題。地球上大部分的水為海水,若果能加以運用,海洋將會是食用水的寶庫。只是現時的海水化淡技術需要耗費大量能源,且技術所費不貲,不是每個地方均能負擔。幸好,最近出現一塊簡單的過濾薄片,能夠多快好省為人提供清潔用水,長遠不用再眼巴巴望著一片海,覺得好渴,卻又不能喝下去,也可能也不用再向其他地方買水了。
截至 2012 年,全球有近 7 億人正面對水資源短缺的危機,在人口持續增長的情況下,預計到 2025 年,將會有 18 億人生活在水資源極度短缺的地區,近 3 分 2 人口將會面對水資源緊張的情況。而我們平日的可用水,只佔地球水體的 3%,餘下的 97% 是海水,須知人不能直接飲用高鹽分的海水,還有不少海水其實早已受到污染。最近澳洲聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)就研究出以石墨烯(Graphene)製成的過濾薄片,令骯髒的鹽水變成可飲用的食水,程序不只簡單而且成本亦低,預計成事後可以幫助世界各地 20 億無法獲得安全飲用水的人。
該薄片使用特製的石墨烯材料「Graphair」,一種由微納米管組成的純碳薄層。研究員 Michael Dong Han Seo 指,該物料具有獨特的原子結構,只能讓純水分子通過,而又同時排除所有較大的污染物顆粒,阻擋鹽、油、化學物質和其他污染物。
至於典型大型海水淡化廠使用的「逆滲透(reverse osmosis)」,則是使用高壓泵令水通過薄膜,過程中消耗極多能源。另一種化淡技術是在蒸餾過程中使用薄膜,先隔走雜質的「薄膜蒸餾(membrane distillation)」技術,相對於逆滲透稍為優勝,但隨著時間的推移也面臨挑戰,因為時間一久,薄膜就會被污染物覆蓋而無法使用。石墨烯薄片可考慮與薄膜蒸餾技術一併使用,以取代傳統的薄膜。CSIRO 研究員 Adrian Murdock 指:「我們也希望將來能用太陽能,加熱含鹽量高的污水,再蒸發成冷而乾淨的水 —— 另一方面,也應能以更高效率來製造清潔的水。」
在家用濾水器方面,澳洲最近的研究測試了市場上售賣的薄膜濾器,再加上石墨烯薄片。沒有石墨烯的薄片,72 小時內過濾速度下降了一半。 相比之下,有石墨烯薄片的薄膜即使沾上油、清潔劑或其他污染物也能保持運作。石墨烯過濾器的過濾速度也更快,因為材料的性能會增加水的流速,即使濾膜只有納米尺寸的微孔。
英國曼徹斯特大學最早發現石墨烯的功用,該校材料物理學教授 Rahul Raveendran Nair 指出:「由於石墨烯對水具有親和力,所以能夠穿過薄片的水量,遠遠高於現時售賣最先進的聚合物薄膜。」Nair 現在也在研發可以淡化水的石墨烯濾水裝置,他的團隊正與製造商 Icon Lifesaver 合作開發帶有能夠去除污染物、重金屬和病毒的濾水瓶。
雖然這項研究處於起步階段,但將來或能成為生產可負擔清潔飲用水的方法。CSIRO 的研究人員專注於製造成本更低、速度更快、濾水步驟更少的發明品,新的製品由大豆油製成,比以石化燃料製成的石墨烯可持續性更大。研究人員更表示,將來更可以用廢油作為生產原料。
Michael 說:「我們的團隊將不斷研究和提高技術,最終目標是建立一個能夠配合薄膜的淨化系統。同時我們正成立一個組織,目標是令第三世界國家容易獲得此技術。 這種能夠能過濾任何污染物的薄膜,是向貧窮國家更易得到清潔水的第一步。」