人类肾脏:水危机的灵感和解决方案

水是所有企业都要使用的关键资源。即使你的业务不是直接用水密集型的，许多产品使用大量的水。电力、电脑、纸张和包装都有很大的水足迹。

无论是流入或流出你的操作，水可以是成本中心和风险的来源，和水应力若隐若现的在未来几年面临的商业世界的最大挑战之一。

鉴于商机潜在规模，这是毫不奇怪的是公司正在致力于建立一个更好的水过滤器。

Gayle Pergamit，创始人AguaVia“使用人体作为解决水危机的基础上，”和这样做是建立关闭它最先被大自然3.5十亿年前设计的一种技术：人体肾脏，其中40到50加仑的过滤器（150 -- 200升）水与只有一小部分的每一天过滤时丢失。

AguaVia创建一个过滤器，模拟自然的过滤系统，以消除不gunky积聚污染物的100％。它是使用纳米技术生产的膜是一个原子层厚建造。

创新的过滤技术是显著更小，更便宜，更易于操作。它可用于净化水，从海洋清理有毒废水和淡化海水。使用AguaVia过滤技术海水淡化所需的能量估计一半是由三分之二，总体成本削减。

Pergamit介绍了她公司的突破性技术在最近可持续的硅谷事件，然后与我会面，提供了更多细节。在我们深入研究Pergamit和她的团队如何开发这项新技术之前，让我们回顾一下问题的范围和当前过滤技术的状态。

水的问题:很多人都看不见

在发达国家，我们大多数人是从水的问题庇护。我们可能会被要求降低特别干燥的夏季，我们的园林灌溉。我们可以了解地下水污染的新闻报道。或听到从进入冲洗百万药倒马桶供水制药和软性毒品。

但在水资源管理的第一线，水利工程师们在满足对洁净水的需求方面遇到了困难。

我们知道，水是密不可分的农业和消耗在美国使用，但少为人知的淡水近40％是能源生产需要大量的水。按照最近的美国地质调查局，在美国使用的淡水的近40％是在生产能量的使用。

将水输送到需要的地方也是一个能源消耗大户。在加州，该州近20%的电力用于运输水。考虑到运输用水的需要，加州也有大量的海水淡化厂在更靠近需要水的地方提供水

但是生产淡水是一个昂贵的选择，因为它需要大量的能源。《自然》杂志报道了海水淡化花费3.5倍以上而不是从传统的水源，比如从地下蓄水层抽水。

地下含水层被挖掘出来的水和季节性降雨是无法补充供应清洁水正在下降。一个联合国的评估发现，超过世界人口的三分之一生活在用水紧张的地区，预测这将到2025年将超过50%。

花旗集团的威伦Buiter的文章，金融时报，在表示：“水......最终将成为一个最重要的实物商品...矮化石油，铜，农产品和贵金属。”

一些企业已经面临重大挑战。百事可乐(PepsiCo)和可口可乐(Coca-Cola)在印度喀拉拉邦(Kerala)干旱地区遭遇了当地社区的敌意，原因是它们的灌装设备被指使用了过多的当地水。

清理废水变得更宽松的地区越来越重要。据报道路透社，中国的环境保护部发现，中国的地表水近50％如此污染，这是不适合饮用。近25％是不适合工业用途。

这类问题可能还会增加;造成业务中断和成本上升。

传统的水过滤技术与自然的方法

标准的滤波方法是确定什么必须除去，然后应用最具成本效益的方法。这听起来简单，但也有许多挑战，其中包括污染物的广泛不同的大小，通过纳米级过滤器需要推水的能量，成本维护，以及实施困难。

为了克服许多挑战，理想的水过滤器将提供以下性能改进：

Pergamit看着水的问题不同，而且发现怎么肾功能灵感。肾脏被认为是生物滤池的“金标准”。作为Pergamit解释说：“肾脏保持好东西 - 水和电解质 - 和摆脱一切的。”

肾状过滤器处理水供应中不断变化的组件，无需额外的修复方法。这是对当前侧重于去除污染物的水资源管理战略的一种范式转变。Pergamit反而问:“你想要保留什么?”

Pergamit也注意到，肾不反冲洗消除浪费。肾脏用途“横流”过滤。随着饲料进入肾脏，“坏的东西”前进被冲走，而“好东西”穿越肾的表面切向行进，并得以维持。

Pergamit意识到，这将是太复杂，直接复制肾。相反，团队会用肾脏的总方针。Pergamit解释说，“该系统将被设计为99.5％的水回收。就像人的肾脏。”

保留大部分的水可以降低过滤成本，但也可以简化过滤废物的处理。废物将被浓缩，剩下的少量水可能被蒸发掉。然后，任何污染物都可以安全地焚烧。

智能膜

Pergamit和团队再次抬起到大自然中去寻找一个更简单的结构来过滤水。他们能够使用的科学工作彼得阿格雷博士他的努力获得了诺贝尔奖。作为一名研究生，阿格雷得到了国家卫生研究所的资助，这使他偶然发现了人体的水通道蛋白，即“水孔”。

Agre识别的水通道蛋白不仅仅是一个例子。它是存在了数十亿年的动植物的基本组成部分。它被用来有效地使水分通过细胞。

而不是试图复制满水通道蛋白，Pergamit的团队专注于颈部执行的选择和水窜功能。

下一步是自然的设计转变为工作膜。所述AguaVia团队创建的膜，这是一个原子层厚，并在水分子的范围内的直径。这是小几千倍，比传统的过滤孔。Pergamit相比尺寸如下：“如果新的智能膜是蚂蚁的大小，那么现有的显微技术是鲸鱼的大小。”

Pegamit描述说:“AguaVia的方法是建立在原子水平上，允许精确过滤。进入滤膜的数百万小孔中的每一个都是完全精确地单独建造的。然后单个气孔——把它们想象成‘乐高积木’——排成一列，并固定在合适的位置，形成薄膜。”

Pergamit和他们的团队在开发受水通道蛋白启发的膜时做得更好。他们让它变得“聪明”。它是可编程处理不同的净化方案。这种“智能膜”可以在原子水平上进行修改，以改变其特性，例如它可以创建一个开关，允许或阻止组件根据需要通过过滤器。

这种“智能膜”已经被设计用来生产高纯度的饮用水，甚至可以用有毒的废物。

将来它可以被编程为水软化。硬水久而久之就会沉积矿物质。这种积聚在管道使管道变窄并且增加能量的泵水所需的量。在某些情况下，多余的能量是25％以上相比，清洁管道。“智能膜”进行编程，以保持矿物质对健康要求的正确的平衡和数量。其他的一切，包括过多的矿物质，造成“硬水”的问题，将被删除。

最后，生物膜的问题是犯规传统的过滤器得到解决。“智能膜”表面十分光滑，在膜的任何缺陷比细菌试图建立生物膜集落的钩子小。随着Pergamit的话不结垢，不回洗，“智能膜”，是“过滤器和忘记。”

下一步是什么

AguaVia的“智能膜”是在非常低的能源和运营成本能过滤污染物。它符合理想的滤波器的设计标准。

Pergamit现在正在积极寻求资金来发展装备制造商“智能膜”过滤器。在这一领域的其他参赛者也都在积极致力于新的水处理技术。

当这些设备上线时，它们将改变商业格局，也将改变数十亿无法获得清洁水和卫生设施的人们的生活。

取代昂贵的和恶劣的工业过程,大自然的温柔然而高效过滤方法可能实现一些可能改变战争的成功:它可以不断使用,废水处理使微咸水和盐容易使用,消除工业和人类需求之间的冲突,最后,让所有人享受一杯干净的水健康状况良好。

_{水的照片通过存在Shutterstock。}