In Nederland is er niets van te merken, maar mondiaal is er een groot tekort aan schoon drinkwater. Volgens een onderzoek van de Verenigde Naties hebben zeven miljard mensen te maken met schaarste aan drinkwater en overlijden elke week 42.000 mensen aan ziekten veroorzaakt door het drinken van vervuild water. Van de mondiale watervoorraad is slechts 0,007% geschikt als drinkwater. Nanotechnologie wordt beschouwd als een van de belangrijkste technologieën om het drinkwatertekort op te lossen. Bij de toepassing van de nieuwe technologie speelt Nederland een weliswaar bescheiden, maar toch belangrijke rol.

Bij moderne productieprocessen van drinkwater lijken er twee dominante methoden te zijn: zuivering van (vervuild) oppervlaktewater en ontzilting van zeewater. Feitelijk is er maar één methode: filtratie. Daarbinnen zijn diverse technieken met één gemeenschappelijk kenmerk: vervuild water wordt door membranen gevoerd die de vervuilende bestanddelen tegenhouden. Nanotechnologie vormt de basis van de nieuwste generatie membranen.

Traditionele membranen kunnen volgens de Rijksuniversiteit Groningen 99% van de vervuilende stoffen uitfilteren. Met behulp van nanodeeltjes kunnen membranen worden gemaakt met gaatjes kleiner dan 15 vierkante nanometer - een nanometer is een miljoenste millimeter. Die houden letterlijk ieder vervuilend deeltje tegen, zodat 100% zuiver drinkwater mogelijk is. Omdat de gaatjes kleiner zijn, passen er per vierkante centimeter meer gaatjes op het membraan, waardoor de snelheid van de waterproductie wordt vergroot.

Over de gehele linie wordt gewerkt aan nieuwe technologieën en verbetering van bestaande technologieën om het probleem van het watertekort aan te pakken. Een recente ontwikkeling betreft oppervlaktewater in industriegebieden. Dat is vaak ernstig verontreinigd met giftige stoffen en zware metalen. Met nanotechnologie kan zelfs het meest vervuilde water worden benut. Zo brengt het Amerikaanse Lehigh Nanotech, gevestigd in Pennsylvania, een op basis van nanotechnologie ontwikkelde vloeistof op de markt die grondwater of bodem reinigt die is vervuild met pesticiden, gechloreerde koolwaterstofharsen, nitro-aromaten en sommige zware metalen. Het product bestaat uit metalen nanodeeltjes met een diameter van 100 nanometer.

De University of South Australia gebruikt silicium nanodeeltjes, bekleed met actieve nanokoolstof, waardoor in één uur tijd zwaar met chemicaliën, bacteriën en virussen verontreinigd water de kwaliteit van drinkwater krijgt.

De nachtmerrie van iedere waterbeheerder: aanwezigheid van zwaar giftige stoffen. De bestaande testmethoden zijn tijdrovend. Chinese wetenschappers ontwikkelden een uiterst gevoelige sensor van gouden nanodeeltjes die de aanwezigheid van het dodelijke cyanide signaleert. De sensor meet concentraties cyanide die veertien maal lager liggen dan de richtlijnen van de wereldgezondheidsorganisatie WHO.

Het Amerikaanse Ames Research Center in Californië ontwikkelde een koolstofsensor voor de detectie van ziekteverwekkende stoffen. Het proces duurt twee uur, terwijl traditionele processen algauw een week vergen.

Ontzilting van zeewater is een van de belangrijkste methoden om te voldoen aan de vraag naar drinkwater. Ook hier speelt nanotechnologie een leidende rol. De Australische National University construeerde holle nanobuisjes van borium en nitraat ter grootte van iets minder dan één miljardste meter. De nanobuisjes zuiveren 100% van het zout uit het water, met een snelheid die vijfmaal hoger ligt dan de traditionele membraantechnologie.

IBM bouwt samen met de Saudische regering een ontziltingsinstallatie met nanomembranen met een capaciteit van 30.000 m3, goed voor de dagelijkse behoefte van 100.000 mensen. De kostprijs van het water ligt op circa euro 0,50 per liter.

Het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft een andere toepassing van nanotechnologie ontwikkeld, die uiteindelijk kan leiden tot kleine, mobiele ontziltingsinstallaties die op accu's draaien. De kern van de vinding is de polarisatie van ionen die ionengevoelige nanomembranen passeren.

De kleine openingen van nanomembranen verstoppen snel met vervuilende bestanddelen. De Samuelli School of Engineering and Applied Science van de University of California in Los Angeles ontwikkelde een nanomembraan waarvan de gaatjes niet verstoppen. Populair gezegd: op het membraan wordt een 'borstel' aangebracht van polyamidecomposiet die het oppervlak van het membraan schoonhoudt en zo de membranen openhoudt. Een nieuwe lay-out van het membraan vergroot de 'doorloopsnelheid' van het water. Het nieuwe membraan vereist geen hoge reactietemperaturen of vacuümkamers.

In 2009 zijn de eerste commerciële exploitatiecontracten afgesloten. Zo gaf het Livermore National Laboratory vorig jaar voor miljoenen dollars een exploitatielicentie uit voor koolstof nanobuisjes voor ontzilting van zeewater. Ook voor huishoudelijk gebruik is nanotechnologie beschikbaar op het gebied van drinkwater. Brita, Purity en NanoCeram zijn enkele ook in Nederland verkrijgbare kannen met nanofilters.

Nederland bevindt zich op het gebied van de ontwikkeling van toepassingen van nanotechnologie in de mondiale kopgroep. Instituten als Mesa+ van de Universiteit Twente, het Amsterdamse Amolf, de universiteiten van Delft, Eindhoven en Groningen en de circa dertig spin-offs van Mesa+ van de Universiteit Twente worden internationaal erkend.

Drinkwaterprobleem

Drinkwatertekort is een mondiaal probleem. Van de totale watervoorraad is slechts 0,007% geschikt als drinkwater.

Shell Waterbox

Een van de Nederlandse bijdragen aan de oplossing van het waterprobleem biedt oliemaatschappij Shell. Nederlandse ondernemingen ontwikkelden de Shell Waterbox, een mobiele zuiveringsinstallatie op basis van nanotechnologie. In een zes meter lange zeecontainer staat een zuiveringsunit die per dag 20 m3 zuiver drinkwater (ofwel 14 liter per minuut) produceert, ongeacht de aard en de mate van vervuiling van het water. Bij het zuiveringsproces worden geen gevaarlijke chemicaliën gebruikt, maar lagedrukmembranen van holle nanobuisjes. De nanobuisjes en membranen zijn producten van Nederlandse ondernemingen, X-Flow en Auxill, gebruikmakend van de knowhow van Norit Membraantechnologie. De kosten van een Shell Waterbox bedragen circa $ 150.000.