人类肾脏：对水危机的启示和解决方案

水是所有企业使用的关键资源。即使您的业务不直接水密集，许多产品也使用大量的水。电力，计算机，纸张和包装都有大量的水脚印。

无论是流入还是流出你的运营，水都是一个成本中心和风险来源，水资源压力正在成为未来几年商业世界面临的最大挑战之一。

考虑到潜在的商业机会的规模，公司专注于制造更好的水过滤器就不足为奇了。

Gayle Pergamit，创始人AguaVia”,用人体作为解决水危机的基础,“这样做是建筑技术,最初是由自然35亿年前:人类的肾脏,过滤器之间40到50加仑(150 - 200升)的水每天只有一小部分时丢失过滤。

AguaVia创造了一种模仿自然过滤系统的过滤器，100%消除污染物，没有粘稠物堆积。它是用纳米技术制造一层原子层厚的膜。

这种创新的过滤技术更小，更便宜，更容易操作。它可以用来净化水，清除有毒废水和淡化海水。据估计，使用AguaVia过滤技术进行海水淡化所需的能源将减少三分之二，总成本将减少一半。

Pergamit在最近的一次会议上展示了她公司的颠覆性技术可持续硅谷活动，然后会见我提供更多细节。在我们潜入Pergamit和她的团队如何开发这项新技术之前，让我们回顾问题的范围和当前过滤技术的状态。

水问题：许多人看不见

在发达国家，我们大多数人都没有水的问题。在特别干燥的夏天，我们可能会被要求减少花园的灌溉。我们可能会读到一篇关于地下水污染的新闻报道。或者听说药品和娱乐性药物进入了水源，数百万的药物被冲下了厕所。

但在水管理的前线上，水工程师难以满足清洁水需求。

正如我们所知，水与农业密不可分，消耗了美国近40%的淡水。但鲜为人知的是，能源生产需要大量的水。根据最近的美国地质调查在美国，几乎40%的淡水都是淡水用于生产能源。

将水运送到所需的地方也是能量猪。在加利福尼亚州，近20％的总州的电力被消耗到运输水。鉴于需要运输水，加利福尼亚也有大量的海水淡化厂为需要更接近所需的水。

但是，赋予淡水是一种昂贵的选择，鉴于需要大量的能量。海水淡化的杂志报告成本高出3.5倍而不是从传统来源获得水，例如从含水层泵送。

由于地下蓄水层的开发和季节性降雨无法补充，洁净水的供应正在减少。联合国的一项评估发现，世界上超过三分之一的人口生活在水资源紧张的地区，预计这一情况将会发生到2025年增长到50％以上。

花旗集团的Willen Buiter在《金融时报》的一篇文章中写道:“水……最终将成为最重要的实物商品……令石油、铜、农产品和贵金属相形见绌。”

一些企业已经遇到了重大挑战。Pepsico和可口可乐在印度喀拉拉邦的当地社区遇到敌对，当时他们的装瓶设施被指控使用太多当地的水。

在比较宽松的地区，废水的清理变得越来越重要。据路透社报道，中国环境保护部发现中国近50%的地表水被污染得如此严重以至于不适合饮用。几乎25%不适合用于工业用途。

这些问题可能会增长;造成中断和升级业务成本。

传统的水过滤技术与大自然的方法

标准的过滤方法是确定哪些内容必须删除，然后采用最具成本效益的方法。这听起来很简单，但存在许多挑战，从污染物的大小不同，推动水通过纳米级过滤器所需的能量，维护成本，以及实施难度。

为了克服许多挑战，一个理想的水过滤器将提供以下性能改进:

Pergamit以不同的方式看待水的问题，并从肾脏的功能中找到了灵感。肾脏被认为是生物过滤器的“黄金标准”。Pergamit解释说:“肾脏保留了好东西——水和电解质——并清除了其他所有东西。”

肾脏样滤器处理供水中不断变化的部件，而无需额外的修复方法。这是来自当前水管理策略的范式转变，专注于去除污染物。Pergamit改为问：“你想保持什么？”

Pergamit还注意到肾脏没有反冲洗以清除废物。肾脏采用“交叉流”过滤。当饲料进入肾脏时，“坏的东西”向前被冲走，而“好的东西”则沿切线穿过肾脏表面并被保留下来。

Pergamit意识到直接复制肾脏太过复杂。相反，研究小组将采用肾脏的整体方法。Pergamit解释说:“该系统将设计为99.5%的水回收率。就像人类的肾脏一样。”

保持大部分水降低过滤成本，但也使得过滤废料更简单。废物将被浓缩，可以蒸发剩余的剩余水量。然后可以安全地焚烧任何污染物。

智能膜

Pergamit和他的团队再次向大自然寻求一种更简单的结构来过滤水。他们能够使用的科学成果彼得博士守人谁赢得了诺贝尔奖的努力。作为研究生，符合宗旨，由国家卫生授权研究所资助，导致他对身体的水上素或“水毛孔”的偶然发现。

鉴定的Aquaporin是一个多于一个例子。事实证明，成为数十亿年的动物和植物的基本组成部分。它用于有效地通过细胞移动水。

Pergamit的团队并没有尝试复制完整的水通道蛋白，而是专注于执行选择和水通道功能的颈部。

下一步是将自然的设计转化为工作膜。AguaVia团队创造了一种膜，其厚度为一层原子层，直径在水分子的范围内。这比传统过滤器的孔小几千倍。Pergamit对其大小进行了如下比较:“如果新的智能薄膜有蚂蚁那么大，那么现有的微观技术就有鲸鱼那么大。”

Pegamit描述了“Aguavia的方法是在原子水平上建立，这允许精确过滤。几百万孔中将进入膜[过滤器]的孔隙以完全精确地构建。然后单个毛孔 - 想起它们乐高块' - 对齐并捕捉到位以形成膜。“

在开发水上素风险的膜时，Pergamit和团队的性质更好。他们使它“聪明”。它是可编程处理不同的净化方案。“智能膜”可以在原子水平上修改以改变其特征，使得它产生开/关开关以根据需要允许或防止通过过滤器的组件。

即使来自有毒废物，“智能膜”已经被编程为生产高纯度饮用水。

在未来，它可以被编程用于水的软化。硬水随着时间的推移会沉积矿物质。管道内的积聚会导致管道变窄，增加抽水所需的能量。在某些情况下，与清洁管道相比，额外的能量要多25%。"智能薄膜"将被编程以保持健康所需的适当的矿物质平衡和数量。其他所有物质，包括导致“硬水”问题的过量矿物质，都将被去除。

最后，解决了传统过滤器存在的生物膜问题。这种“智能膜”的表面是如此光滑，以至于膜上的任何缺陷都比试图建立生物膜菌落的细菌的钩要小。用Pergamit的话来说，没有污垢和反冲洗的“智能膜”就是“过滤后忘记”。

接下来是什么

AguaVia的“智能膜”能够以极低的能源和运行成本过滤污染物。它符合理想滤波器的设计标准。

Pergamit目前正在积极寻求资金，以开发制造商用“智能膜”过滤器的设备。该领域的其他参与者也在积极研究新的水技术。

当这些来到线时，他们将在没有获得清洁水和卫生的情况下改变商业和生活变化的比赛。

更换昂贵和苛刻的工业过程，自然的温和且高效的过滤方法可能会达到一些潜在的游戏变化成功：处理废水，所以它可以无休止地使用，使咸水和盐水容易使用，消除工业和人类需求之间的冲突，以及最后，让我们所有人都享受良好的健康饮料。

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