โครงสร้างภายในของพืชไร้ดอกเช่นต้นสนหรือต้นแปะก้วยจะมีกระพี้ไม้ที่เต็มไปด้วยท่อลำเลียงหน้าตาหน้าตาคล้ายหลอดที่ชื่อว่าไซเลม (Xylem) ซึ่งทำหน้าที่ดูดน้ำจากรากเพื่อกระจายไปยังกิ่งก้านสาขาของต้นไม้ ไซเลมจะมีเนื้อเยื่อบางๆ ที่ทำหน้าที่เปรียบเสมือนตัวกรองตามธรรมชาติ คอยดักจับฟองอากาศจากน้ำเลี้ยงในต้นไม้
วิศกรจากมหาวิทยาลัยเอ็มไอทีได้ทำการศึกษาความสามารถในการกรองของต้นไม้มาอย่างยาวนาน โดยทีมประสบความสำเร็จในการปรับแต่งกิ่งของต้นไม้แบบตัดขวางอย่างง่ายๆ พร้อมทั้งแสดงให้เห็นว่าการออกแบบที่ไม่ต้องอาศัยเทคโนโลยีมากมายสามารถช่วยกรองเชื้อแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ล่าสุด ทีมวิศวกรดังกล่าวได้พัฒนาเทคโนโลยีให้ดีขึ้นเพื่อให้สามารถนำไปใช้ได้ในสถานการณ์จริง พวกเขาได้ปรับปรุงตัวกรองน้ำจากไซเลมเสียใหม่ซึ่งสามารถกรองเชื้ออันตรายอย่างอี. โคไล (E. coli) และโรต้าไวรัสได้ในห้องทดลอง แล้วนำไปทดสอบขจัดแบคทีเรียจากพุน้ำ น้ำบาดาล และน้ำประปาที่ปนเปื้อน นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาเทคนิคอย่างง่ายเพื่อยืดอายุการเก็บรักษาตัวกรองดังกล่าว โดยพบว่ามันจะยังทำงานได้ดีเป็นเวลาอย่างน้อยสองปีหากเก็บรักษาในที่แห้ง
ทีมวิจัยนำเทคนิคดังกล่าวไปทดลองภาคสนามที่อินเดีย โดยพวกเขาใช้ตัวกรองไซเลมจากกิ่งต้นไม้ที่พบได้ในท้องถิ่นและทดลองใช้ตัวกรองกับประชาชนในพื้นที่ โดยตัวโปรโตไทป์จะเป็นระบบกรองน้ำอย่างง่ายที่สามารถเปรียบตัวกรองไซเลมได้และสามารถกรองน้ำได้ในอัตรา 1 ลิตรต่อหนึ่งชั่วโมง
ผลการศึกษาดังกล่าวตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications พบว่าตัวกรองไซเลมมีศักยภาพในการนำไปใช้ในชุมชนเพื่อขจัดไวรัสและแบคทีเรียจากแหล่งน้ำดื่มที่ปนเปื้อน
นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังศึกษาทางเลือกต่างๆ เพื่อให้ตัวกรองไซเลมสามารถเข้าถึงได้ง่าย โดยเฉพาะในพื้นที่ซึ่งเผชิญปัญหาน้ำดื่มปนเปื้อนและเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ประชาชนป่วยและเสียชีวิต โดยทีมงานได้เปิดเว็บไซต์แบบโอเพ่นซอร์ส ระบุแนวทางการออกแบบและใช้งานตัวกรองไซเลมกับพืชชนิดต่างๆ เพื่อหวังว่าผู้ประกอบการ องค์กร หรือภาครัฐจะสามารถนำเทคโนโลยีดังกล่าวไปกระจายในชุมชนได้กว้างขวางยิ่งขึ้น พร้อมทั้งสร้างแรงบันดาลใจให้นักเรียนทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับตัวกรองไซเลมด้วยตนเอง
“เนื่องจากวัตถุดิบสามารถหาได้ไม่ยากและกระบวนผลิตค่อนข้างง่าย เราสามารถจินตนาการถึงการผลิตที่เกิดขึ้นโดยชุมชน ตั้งแต่การจัดหาวัสดุ การปรับแต่ง และการกระจายตัวกรองไซเลม” Rohit Karnik อาจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลจากมหาวิทยาลัยเอ็มไอทีให้สัมภาษณ์ “สำหรับพื้นที่ที่ไม่มีทางเลือกนอกจากการดื่มน้ำที่ไม่ผ่านการกรอง เราเชื่อว่าตัวกรองไซเลมจะสามารถทำให้คนเหล่านั้นสุขภาพดีขึ้นและทำให้น้ำดื่มปลอดภัยขึ้น”
.
การศึกษาก่อนหน้านี้เกี่ยวกับไซเลมโดยอาจารย์ Karnik และคณะพบว่า แม้วัสดุไม้จะมีศักยภาพในการกรองตามธรรมชาติแต่มันก็มีข้อจำกัดเช่นกัน หากไม้ถูกปล่อยให้แห้ง เนื้อเยื่อที่เสมือนตะแกรงซึ่งทำหน้าที่ในการกรองก็จะทำงานไม่ได้ ทำให้น้ำไหลผ่านได้น้อยลงและท่อเกิดอาการอุดตัน
น่าประหลาดใจที่สองกระบวนการสามารถแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้ โดยการเอากิ่งไม้ตัดขวางไปต้มในน้ำร้อนราวหนึ่งชั่วโมง จุ่มลงในเอธานอล แล้วปล่อยให้แห้ง ทีมวิจัยพบว่าหลังจากผ่านกระบวนการ กิ่งไม้จะยังคงความสามารถในการกรองไว้ได้โดยไม่เกิดการอุดตัน และยังสามารถกรองน้ำสะอาดได้ตามมาตรฐานระดับสองดาวขององค์การอนามัยโลก
“เราคิดว่าตัวกรองเหล่านี้จะช่วยแก้ปัญหาแบคทีเรียปนเปื้อนได้ อย่างไรก็ดี ยังไม่มีการทดสอบว่าตัวกรองดังกล่าวสามารถจัดการสารเคมีอย่างหนูหรือสารฟลูออไรด์ได้หรือไม่” Krithika Ramchander หนึ่งในหัวหน้าทีมวิจัยให้สัมภาษณ์
ผลการศึกษาในห้องทดลองที่น่าพึงพอใจทำให้นักวิจัยขยายผลสู่การทดสอบภาคสนามในอินเดีย ประเทศซึ่งยังมีอัตราการเสียชีวิตจากโรคที่ติดต่อผ่านทางน้ำอันดับต้นๆ ของโลก โดยมีประชากรที่ไม่สามารถเข้าถึงน้ำดื่มสะอาดได้ถึง 160 ล้านคน
เป็นเวลากว่าสองปีที่วิศวกรและทีมวิจัยจาก MIT D-Lab ทำงานในหุบเขาและชุมชนเมืองร่วมกับองค์กรภาคเอกชนในพื้นที่ พวกเขาทดลองสร้างตัวกรองจากต้นไพน์ที่พบได้ในท้องถิ่น และต้นแปะก๊วยที่พบได้ในสหรัฐอเมริกา แล้วนำมาทดสอบว่าตัวกรองดังกล่าวสามารถกรองเชื้อแบคทีเรียออกไปได้จริงหรือไม่ นอกจากนี้ นักวิจัยยังเก็บข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับการใช้น้ำของชุมชน เพื่อนำข้อเสนอแนะกลับมาปรับปรุงผลิตภัณฑ์
ข้อมูลดังกล่าวถูกนำมาใช้ออกแบบผลิตภัณฑ์ต้นแบบคือระบบกรองน้ำอย่างง่าย ประกอบด้วยถังรับน้ำด้านบนที่ผู้ใช้สามารถตักน้ำมาเทไว้ได้ ต่อท่อยาว 1 เมตรและระบบกรองไซเลมพร้อมกับระบบวาล์วที่ปลายท่อ ซึ่งตัวกรองไซเลมนั้นสามารถเปลี่ยนรายวันหรือรายสัปดาห์ขึ้นอยู่กับความจำเป็นของแต่ละครอบครัว
“ตัวกรองไซเลมผลิตจากวัสดุที่หาง่ายและราคาประหยัดซึ่งสามารถผลิตมาวางจำหน่ายได้ตามร้านค้าท้องถิ่นซึ่งทุกคนสามารถซื้อหาได้โดยแทบไม่ต้องใช้เงินลงทุนก้อนใหญ่เหมือนระบบกรองน้ำแบบอื่นๆ ความสำเร็จครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าศักยภาพของตัวกรองไซเลมสามารถใช้ได้ในพื้นที่จริง” อาจารย์ Karnik สรุป
สำหรับผู้สนใจ สามารถชมวิธีการทำงานของตัวกรองไซเลมและกระบวนการทำได้ที่เว็บไซต์ Xylem Water Filter
ถอดความและเรียบเรียงจาก MIT engineers make filters from tree branches to purify drinking water
ผู้เขียน
บัณฑิตการเงินและการบัญชีที่สนใจความเคลื่อนไหวด้านสิ่งแวดล้อม หมดเวลาส่วนใหญ่ไปกับการอ่าน เขียน เรียนคอร์สออนไลน์ และเลี้ยงลูกชายวัยกำลังน่ารัก
