Kako iz laboratorija spasiti svijet? Razgovarali smo sa znanstvenicama koje to rade svaki dan

Da bismo spasili svijet, odnosno planetu Zemlju, ne moramo imati super moći. Dovoljno je znanje i trud i velika želja za promjenom. To imaju znanstvenice Kristina Šimunković i Lucija Plantak s Geotehničkog fakulteta, koje su nam otkrile čime se bave na svojim projektima i kakve će to pomake imati za našu planetu.

Jedan od projekata na Geotehničkom fakultetu bavi se rješavanjem problema povećanja saliniteta podzemnih voda u priobalju Hrvatske | foto: Geotehnički fakultet

Nije novost kako znanstvenici sa svojim otkrićima mogu promijeniti svijet nabolje, ali je uvijek posebno zanimljivo otkriti kako to rade. U svojim laboratorijima marljivo rade, računaju, testiraju i eksperimentiraju, dok ne dobiju zadovoljavajuće rezultate s kojima mogu napraviti barem malu promjenu nabolje.

To rade i naše sugovornice, znanstvenice Kristina Šimunković i Lucija Plantak s Geotehničkog fakulteta. Ovaj fakultet bavi se područjem inženjerstva okoliša, a sa svojim istraživanjima i projektima direktno pomažu u rješavanju problema zaštite okoliša. I to je ono što naše sugovornice rade na svojim projektima.

S Kristinom smo razgovarali o projektu na kojem radi pod nazivom Otpad i Sunce u službi fotokatalitičke razgradnje mikroonečišćivala u vodama. Kristina nam je objasnila čime se točno bavi na ovom projektu i što očekuje od rezultata.

Možemo li krenuti od samog naslova projekta – što je fotokataliza?

Fotokataliza je proces u kojem pod utjecajem elektromagnetskog zračenja (npr. sunčevo zračenje) dolazi do aktivacije tvari koje nazivamo fotokatalizatori. Fotokatalizatori su obično poluvodiči na čijoj se površini odvijaju redoks reakcije, generiraju visokoreaktivni radikali te dolazi do procesa oksidacije mikroonečišćivala. Time nastaju inertni produkti koji ne predstavljaju opasnost po okoliš. Najčešći fotokatalizator je TiO2 – titan dioksid koji je aktivan u UV spektru zračenja te se pokazao vrlo uspješnim zbog niske toksičnosti, stabilnosti i ekonomske isplativosti.

Znanstvenici na ovom projektu razvijaju modernu tehnologiju kojom bi se pospješila kvaliteta vode koja se ispušta u okoliš | foto: Geotehnički fakultet

Kakvu ulogu u tome imaju otpad i sunce?

Ulogu sunca potvrdili smo u ranijim istraživanjima, između ostaloga i u diplomskim i završnim radovima studenata, gdje smo mikroonečišćivala poput hormona, farmaceutika i dr. potpuno uklonili u relativno kratkom vremenu pri niskom intenzitetu zračenja,  tipičnom za sjeverozapadni dio Hrvatske tijekom djelomično sunčanog dana u ožujku. Kako bi proširili aktivnost fotokatalizatora i u vidljivom dijelu spektra, TiO2 miješamo s ugljikovim nanocjevčicama (CNT, eng. carbon nanotubes). CNT se dobiva pirolizom organskog otpada čime otpad postaje resurs, a što je u skladu s načelima kružnog gospodarstva. Prema tome, u našem projektu razvijamo gotove fotokatalitičke oblike iz stabilnih nanokompozita TiO2/CNT.

Što su mikroonečišćivala?

Mikroonečišćivala su organske ili mineralne tvari koje se u okolišu nalaze u vrlo niskim koncentracijama, a čija toksična i bioakumulativna svojstva mogu imati negativan utjecaj na okoliš ili organizme u okolišu. Ona dolaze iz proizvoda koje svakodnevno koristimo, npr. kozmetika, lijekovi, insekticidi itd., a u okoliš ulaze putem komunalnih voda, industrije, poljoprivrede.

U vašem projektu bavite se pročišćavanjem voda. Kako se pročišćuju vode i zašto?

Pročišćavanje vode je potrebno kako bi se iz nje uklonile tvari koje uzrokuju mutnoću, boju, okus i miris, i ostale tvari koje utječu na fizikalna i kemijska svojstva vode. Cilj je pročistiti otpadnu vodu do stupnja koji je zakonski reguliran kako bi se voda mogla ispustiti u prirodu. Pri konvencionalnim procesima pročišćavanja, u vodi zaostaju tzv. prioritetna onečišćivala (policiklički aromatski ugljikovodici, farmaceutici, hormoni itd.) zbog čega dolazi do njihovog ulaska u okoliš. Ti spojevi imaju bioakumulativna svojstva, što znači da se mogu koncentrirati u živim organizmima i potencijalno štetno djelovati na njih.

Što se tiče stanja hrvatskih voda, prioritetna onečišćivala su prisutna i većinom se nalaze unutar dozvoljenih granica. Ovim projektom razvijamo tehnologiju koja bi omogućila potpunu razgradnju mikroonečišćivala do ugljikovog dioksida i vode, pri čemu se izbjegavaju transformacije mikroonečišćivala u vodotocima u toksične nusprodukte koji predstavljaju opasnost po okoliš.

Čime se točno, onda, bavite u ovom projektu?

Kao što sam ranije spomenula, razvijamo modernu tehnologiju kojom bismo pospješili kvalitetu vode koja se ispušta u okoliš. Ideja je uklopiti naš pilot reaktor u komercijalni sustav za pročišćavanje otpadnih voda i tako dobiti četvrti stupanj pročišćavanja. Pri tome bi se iskorištavala energija Sunca, a proizvodnjom CNT-a bismo koristili organski otpad kao resurs. Tehnologija proizvodnje CNT-a bazira se na primjeni vakuumske pirolize odnosno termičke razgradnje otpada. Vakuumska piroliza provodi se pri 400-800 °C u struji inertnog plina i srednjem vakuumu bez prisustva zraka kako bi se spriječilo gorenje organske tvari.

Gdje će rezultati vašeg istraživanja biti iskorišteni?

Temeljem rezultata naših istraživanja cilj nam je optimizirati pilot sustav za četvrti stupanj pročišćavanja otpadnih voda. Takav sustav će se moći uklopiti u postojeće uređaje za pročišćavanje otpadnih voda i na taj način poboljšati kvalitetu izlazne vode iz pročistača. Osim toga, cilj nam je također razviti mobilni interventni sustav za primjenu na raznim vodotocima gdje se ustanovi da je potrebno smanjiti razinu mikroonečišćivala u toku.

Naša druga sugovornica, Lucija Plantak, na Geotehničkom fakultetu radi na projektu Upravljanje krškim priobalnim vodonosnicima ugroženima klimatskim promjenama. U razgovoru nam je otkrila u kakvom je stanju voda u priobalnom području Hrvatske te kako njezin projekt radi na poboljšanju toga.

U kakvom su stanje vode u priobalnom području Hrvatske?

Osnovni problem koji se javlja u priobalnim krškim vodonosnicima u RH je povremeno povećanje saliniteta podzemne vode, čije se posljedice očituju u problemima organizacije i normalnog funkcioniranja javne vodoopskrbe, negativnom utjecaju na poljoprivrednu djelatnost, razvoj turističke djelatnosti i općenito na zdravlje ljudi. Klimatske promjene imaju iznimno velik utjecaj na intenziviranje zaslanjenja priobalnih vodonosnika, a uz to nose dugotrajnija sušna razdoblja, kao i intenzivnije kratkotrajne kiše, što dovodi do rizika onečišćenja pitkih voda te pojave njihove zdravstvene neispravnosti zbog velikih mutnoća i raznih bakterioloških onečišćenja. Sve navedeno bilo je poticaj za uspostavljanje našeg projekta.

Zbog povećanja saliniteta u podzemnim vodama dolazi do nedostatka pitke vode u priobalnom području Hrvatske | foto: Geotehnički fakultet

Zašto dolazi do povećanja saliniteta podzemne vode?

U krškim priobalnim vodonosnicima zbog otvorenosti prema utjecaju mora, dolazi do neposrednog kontakta slane i slatke vode te formiranja zone miješanja slane i slatke vode u podzemlju. Posljedica takvog odnosa može prouzročiti povišenje saliniteta vode. Položaj zone miješanja ovisi o količinama oborina, dinamici tečenja i količinama dotoka u krškom vodonosniku te razini mora, što je neposredna posljedica klimatskih ekstremnih pojava i ljudskog utjecaja kroz crpljenja podzemne vode za potrebe javne vodoopskrbe, industrije i poljoprivrede. Zbog razvoja turizma u ljetnim mjesecima uz sve sušnija razdoblja dolazi do većeg rizika od zaslanjenja priobalnih vodonosnika zbog povećane eksploatacije podzemnih voda. Osim pojave zaslanjenja, specifično je i pojavljivanje povišenih vrijednosti mutnoće prilikom jakih kiša nakon dužih sušnih razdoblja.

Što se mora napraviti kako bi se gore navedeni problemi riješili?

Upravo naš projekt je usmjeren na rješavanje tih problema, i to istraživanjem utjecaja klimatskih promjena na priobalne krške vodonosnike te predlaganjem mjera prilagodbe klimatskim promjenama. Planiranim istraživanjima i uspostavljanjem sustava monitoringa podzemnih voda na izvorima i zdencima uključenim u sustave javne vodoopskrbe, aktivno će se pratiti količinsko stanje i kakvoća vode u vodonosniku. Također, kroz projekt će se provesti klimatološko modeliranje, koje će dati prognoze za stanje klime na kraju stoljeća. Temeljem tih rezultata izradit će se mjere prilagodbe klimatskim promjenama za sektore upravljanja vodama, poljoprivredu, turizam i zdravstvo za područja koja će se istraživati kroz projekt.

Lucija Plantak jedna je od suradnica na projektu | foto: Geotehnički fakultet

Dakle, vašim projektom želite uspostaviti nadzor nad vodonosnicima?

Da, ključni problem koji se rješava provedbom projekta jest uspostava sustava monitoringa površinskih i podzemnih voda, kao i izrada klimatskih i hidroloških modela za priobalne krške vodonosnike s kojima bi se moglo prognozirati stanje vodnih resursa u klimatskim uvjetima kakvi se očekuju do kraja ovoga stoljeća. U projekt su uz Geotehnički fakultet, uključeni i Hrvatski geološki institut, Građevinski fakultet Sveučilišta u Rijeci te Državni hidrometeorološki zavod.

U kojim dijelovima hrvatskog priobalja provodite istraživanja?

Aktivnosti projekta se svode na monitoring površinskih i podzemnih voda, hidrološku analizu, obradu hidrokemijskih analiza te klimatske modele koji će se provesti na tri pilot područja. To su područja zahvaćena za potrebe javne vodoopskrbe grada Zadra, Cresa i Lošinja te otoka Korčule. Dobiveni rezultati mogu biti primjenjivi kao primjeri dobre prakse i na ostalim priobalnim vodonosnicima u Hrvatskoj koji se koriste za opskrbu vodom. Također, bitan rezultat je i povećanje znanja o ponašanju zone miješanja slatke i slane vode te mehanizama zaslanjenja priobalnih vodonosnika.

Gdje će rezultati vašeg istraživanja moći biti iskorišteni?

Projektom će se uspostaviti sustav monitoringa podzemnih voda na tri pilot područja koji će biti funkcionalan još pet godina po završetku projekta. Sustav će biti dostupan on-line radi mogućnosti pravovremenih intervencija u okvirima sustava ranog uzbunjivanja te će ga koristiti vodoopskrbna poduzeća u cilju kontrole i zaštite vodnih resursa. Po završetku projekta, rad će biti usmjeren na daljnju implementaciju razvijenih znanja na druge priobalne vodonosnike u Hrvatskoj, a posebna pažnja posvetit će se radu istraživačkog tima na novim projektima i primjeni stečenih znanja u realnim sustavima.

Galerija 2 Fotografija

Otvori

Ovim projektom žele stvoriti temelje za daljnja istraživanja i poboljšanja drugih priobalnih vodonosnika. | foto: Geotehnički fakultet

Hoće li se rezultati ovog projekta koristiti u nastavi za studente?

Da, rezultati projekta će se koristiti i u nastavnim i izvannastavnim aktivnostima. Time će studentska populacija na konkretnim problemskim primjerima steći dodatna znanja vezana za prilagodbu klimatskim promjenama u vodnom gospodarstvu te ih kasnije i sami koristiti u budućem strukovnom okruženju.

_________________________________________________________

Tekst je nastao kao dio native studije portala srednja.hr i Geotehničkog fakulteta.