Se for deg at du skal rense vann med et filter. I et klassisk filter vil alle partikler som er større enn porene bli liggende i filteret, mens de som er mindre renner gjennom.

Igjen i filteret ligger en blanding av partikler i mange forskjellige størrelser. Og er vannet skittent, eller porene for små, blir filteret fort tett.

Men en ny måte å filtrere vann på gjør det mulig å skille ut partikler som er mindre enn åpningene i filteret – fordi teknologien utnytter væskestrømmens egenskaper.

– Den lille silisiumbrikken har mange anvendelsesområder i tillegg til rensing av drikkevann, som for eksempel filtrering av alger og mikroplastkuler, forteller Endre Joachim Mossige ved universitetet i Oslo (UiO).

Han har forsket på hvordan den norske filterteknologien kan brukes til å skille ut partikler i forskjellig størrelse fra væsker, som vann.

Inspirert av oldtidsdyr

Separasjonen av partikler foregår i kanaler som er mindre enn en tidels millimeter dype. I disse kanalene er det plassert bitte små filterenheter med en helt spesiell form, som minner om oldtidsdyrene trilobitter.

• Teknologien ble i utgangspunktet utviklet av Trilobite Microsystems. Her kan du lese om hvordan den norske oppfinneren bak filteret ble inspirert av utdødd oldtidsdyr.

Teknologien er ikke bare laget for å rense vann og kaste det som blir igjen, men også for å bruke de partiklene som filteret fanger opp.

Under doktorgraden sin ved UiO har Mossige påvist at det går an skille ulike partikler fra hverandre med dette filteret ved å styre vannstrømmen. Små partikler følger nemlig vannstrømmen bedre enn de store, forklarer forskeren.

– Denne effekten blir forsterket når væskemengden øker.

Han sammenligner det som skjer, når vannet strømmer gjennom filteret, med sentrifugalkraften.

– Tenk bare på hvordan en liten og lett bil klarer en krapp sving på vinterføre mye bedre enn en stor og tung bil, som sklir av veien. Ved å bruke dette prinsippet kan vi skille harde plastkuler fra hverandre på grunnlag av størrelse.

På denne måten kan filteret brukes til å skille ut mikroplast.

• Les også: Manetslim kan fange opp mikroplasten i havet

Mikroalger og blodceller

Men det er ikke bare harde partikler som kan skilles fra hverandre med denne filtreringsteknologien.

Mossige har også brukt filteret til å skille myke, levende algeceller fra hverandre. Filteret kan derfor brukes til å høste mikroalger.

• Det er det flere som forsker på. Du kan lese om forskning på filteret ved Høgskolen i Sørøst-Norge: Denne lille brikken kan høste alger

Å høste mikroalger kan bli lønnsomt, mener forskeren, blant annet fordi de kan brukes til å fremstille biodrivstoff.

Resultatene av forsøkene til Mossige viser også at det går an å bruke teknologien til å skille partikler fra hverandre ut fra andre kriterier enn størrelse. Disse kriteriene kan for eksempel være hvor myke eller stive partiklene er – eller hvor stor tetthet de har.

Dette åpner for at filteret kan brukes innen medisin. Å skille ut syke blodceller fra blodet kan nemlig være en behandlingsform. Mossige ser for seg at malariainfiserte blodceller kan filtreres fra friske blodceller fordi de har en annen stivhet.

• Les også: Nytt stoff kan hindre malariaparasitten i å spre seg i kroppen

Brukte laser for å måle strømninger

For å studere og måle strømningene gjennom filteret eksperimenterte Mossige med kombinasjoner av ulike fotograferingsteknikker, blant annet med laser, for å oppnå tilstrekkelig nøyaktighet.

I konvensjonell filtrering er det porestørrelsen som avgjør hvilke partikler som blir igjen i filteret og hvilke som går gjennom. Ifølge Mossige, skiller den nye filtreringsteknologien seg ut ved at det kan brukes til flere forskjellige ting, som å:

1. separere partikler fra hverandre basert på størrelse.
2. fremstille et konsentrat av partikler som er over en viss størrelse.
3. få en væske som inneholder få eller ingen partikler. Dette kan for eksempel brukes til drikkevann, ballastvann eller i fiskeoppdrett.

 Filteret blir heller ikke tett, som klassiske filtre.

• Les også: Bakterier kan rense forurenset vann

Kostbar silisiumbrikke

Å skille partikler fra hverandre ved hjelp av væskestrømmer, kalles hydrodynamisk separasjon. Det kan bli lønnsomt i fremtidig kommersiell produksjon, mener Mossige.

– Når man i stedet bruker væskestrømmen til å bestemme hvilke partikler som filtreres ut fra partiklenes størrelse, har det flere fordeler. Siden kostnaden forbundet med å lage små porer er høy, vil hydrodynamisk separasjon kunne gi billigere filtre på sikt. Dette fordi nedre filtreringsgrense ikke lenger er gitt av porestørrelsen.

Men det er fortsatt en vei igjen å gå før filterteknologien kan kommersialiseres.

Først må filteret kunne håndtere større væskemengder. Den største utfordringen handler derfor om kostnader. Filteret er nemlig bygget inn i en bitte liten – og kostbar – silisiumbrikke. For å filtrere i stor skala trengs mange slike brikker.

• Les også: Overraskede forskere: Like mye mikroplast i fisk for 25 år siden

Referanser

Endre Joachim Mossige: Continuous Hydrodynamic Separation and Concentration of Particles according to Size by use of the Trilobite Technology, doktorgrad ved UiO 2017, Sammendrag.

Artikkelen ble oppdatert 30.11.17 kl. 12:12.