ΜΙΤ: Τώρα όλοι μπορούν να μετατρέψουν το θαλασσινό νερό σε πόσιμο

Σε λίγο καιρό θα μπορούμε να κυριολεκτούμε όταν λέμε «Θάλασσα να την πιεις στο ποτήρι» καθώς ερευνητές του ΜΙΤ κατάφεραν να μετατρέψουν το θαλασσινό νερό σε πόσιμο με το πάτημα ενός κουμπιού. Με μια φορητή μονάδα αφαλάτωσης που παράγει διαυγές, καθαρό πόσιμο νερό χωρίς την ανάγκη φίλτρων ή αντλιών υψηλής πίεσης, βάρους μικρότερου από 10 κιλά, μπορεί να απομακρύνει σωματίδια και άλατα για την παραγωγή πόσιμου νερού.

Η συσκευή μεγέθους βαλίτσας, η οποία απαιτεί λιγότερη ενέργεια για να λειτουργήσει από έναν φορτιστή κινητού τηλεφώνου, μπορεί επίσης να λειτουργήσει με ένα μικρό, φορητό ηλιακό πάνελ, το οποίο κοστίζει 50 δολάρια.

Παράγει αυτόματα πόσιμο νερό που υπερβαίνει τα πρότυπα ποιότητας του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας. Η τεχνολογία είναι φιλική προς το χρήστη καθώς η συσκευή λειτουργεί με το πάτημα ενός κουμπιού.

Σε αντίθεση με άλλες φορητές μονάδες αφαλάτωσης που απαιτούν τη διέλευση του νερού από φίλτρα, αυτή η συσκευή χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για την απομάκρυνση των σωματιδίων από το πόσιμο νερό.

Η εξάλειψη της ανάγκης αντικατάστασης των φίλτρων μειώνει σημαντικά τις μακροπρόθεσμες απαιτήσεις και το κόστος συντήρησης

Αφαλάτωση εύκολα και γρήγορα

Αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει την ανάπτυξη της μονάδας σε απομακρυσμένες και περιορισμένες σε πόρους περιοχές, όπως οι κοινότητες σε μικρά νησιά ή τα φορτηγά πλοία που ταξιδεύουν στη θάλασσα. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή βοήθειας σε πρόσφυγες που διαφεύγουν από φυσικές καταστροφές ή από στρατιώτες που διεξάγουν μακροχρόνιες στρατιωτικές επιχειρήσεις.

“Αυτό είναι πραγματικά το αποκορύφωμα ενός 10ετούς ταξιδιού στο οποίο εγώ και η ομάδα μου βρισκόμαστε. Δουλέψαμε για χρόνια πάνω στη φυσική πίσω από τις επιμέρους διαδικασίες αφαλάτωσης, αλλά το να βάλουμε όλες αυτές τις εξελίξεις σε ένα κουτί, να κατασκευάσουμε ένα σύστημα και να το δοκιμάσουμε στον ωκεανό, αυτό ήταν μια πραγματικά σημαντική και ικανοποιητική εμπειρία για μένα“, λέει ο επικεφαλής της έρευνας Jongyoon Han, καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Επιστήμης Υπολογιστών και Βιολόγων Μηχανικών και μέλος του Ερευνητικού Εργαστηρίου Ηλεκτρονικής (RLE).

Μαζί με τον Han στην εργασία είναι ο Junghyo Yoon, ερευνητής στο RLE, ο Hyukjin J. Kwon, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής, ο SungKu Kang, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Northeastern, και ο Eric Brack της Διοίκησης Ανάπτυξης Δυνατοτήτων Μάχης του Στρατού των ΗΠΑ (DEVCOM). Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο διαδίκτυο στο Environmental Science and Technology.

Τεχνολογία χωρίς φίλτρα

Οι διαθέσιμες φορητές μονάδες αφαλάτωσης που κυκλοφορούν στο εμπόριο απαιτούν συνήθως αντλίες υψηλής πίεσης για την προώθηση του νερού μέσω φίλτρων, οι οποίες είναι πολύ δύσκολο να απομακρυνθούν χωρίς να διακυβεύεται η ενεργειακή απόδοση της συσκευής, εξηγεί ο Yoon.

Αντ‘ αυτού, η μονάδα τους βασίζεται σε μια τεχνική που ονομάζεται πόλωση συγκέντρωσης ιόντων (ICP), η οποία πρωτοεμφανίστηκε από την ομάδα του Han πριν από 10 χρόνια. Αντί να φιλτράρει το νερό, η διαδικασία ICP εφαρμόζει ένα ηλεκτρικό πεδίο σε μεμβράνες που τοποθετούνται πάνω και κάτω από ένα κανάλι νερού.

Η διαδικασία απομακρύνει τόσο τα διαλυμένα όσο και τα αιωρούμενα στερεά, επιτρέποντας στο καθαρό νερό να περάσει μέσα από το κανάλι. Δεδομένου ότι απαιτεί μόνο μια αντλία χαμηλής πίεσης, η ICP καταναλώνει λιγότερη ενέργεια από άλλες τεχνικές.

Διαδικασία ηλεκτροδιάλυσης

Η ICP όμως δεν απομακρύνει πάντα όλα τα άλατα που επιπλέουν στη μέση του καναλιού. Έτσι, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν μια δεύτερη διαδικασία, γνωστή ως ηλεκτροδιάλυση, για την απομάκρυνση των εναπομεινάντων ιόντων άλατος.

Με τον τρόπο αυτό ελαχιστοποιήθηκε η χρήση ενέργειας, ενώ παράλληλα διασφαλίστηκε ότι η διαδικασία παραμένει αυτοκαθαριζόμενη.

Οι ερευνητές σχεδίασαν τη συσκευή για απλούς χρήστες με ένα μόνο κουμπί για την έναρξη της αυτόματης διαδικασίας αφαλάτωσης και καθαρισμού. Μόλις το επίπεδο αλατότητας και ο αριθμός των σωματιδίων μειωθούν σε συγκεκριμένα όρια, η συσκευή ειδοποιεί τον χρήστη ότι το νερό είναι πόσιμο.

Οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης μια εφαρμογή για smartphone που μπορεί να ελέγχει τη μονάδα ασύρματα και να αναφέρει δεδομένα σε πραγματικό χρόνο σχετικά με την κατανάλωση ενέργειας και την αλατότητα του νερού.

Από τη θάλασσα στο ποτήρι

Αφού έκαναν εργαστηριακά πειράματα χρησιμοποιώντας νερό με διαφορετικά επίπεδα αλατότητας και θολότητας, δοκίμασαν τη συσκευή στην παραλία Carson της Βοστώνης.

Ο Yoon και ο Kwon τοποθέτησαν το κουτί κοντά στην ακτή και πέταξαν το σωλήνα τροφοδοσίας στο νερό. Σε περίπου μισή ώρα, η συσκευή γέμισε ένα πλαστικό ποτήρι με καθαρό, πόσιμο νερό.

“Ήταν επιτυχημένη ακόμη και στην πρώτη της δοκιμή κάτι που ήταν αρκετά συναρπαστικό και εκπληκτικό. Αλλά νομίζω ότι ο κύριος λόγος που πετύχαμε είναι η συσσώρευση όλων αυτών των μικρών προόδων που κάναμε στην πορεία“, λέει ο Han.

Το νερό που προέκυψε υπερέβαινε τις κατευθυντήριες γραμμές ποιότητας του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας και η μονάδα μείωσε την ποσότητα των αιωρούμενων στερεών τουλάχιστον κατά 10 φορές. Το πρωτότυπό τους παράγει πόσιμο νερό με ρυθμό 0,3 λίτρα ανά ώρα και απαιτεί μόνο 20 watt/ώρα ανά λίτρο.

Αυτή τη στιγμή, προωθούμε την έρευνά μας για να αυξήσουμε αυτόν τον ρυθμό παραγωγής“, λέει ο Yoon.

Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις του σχεδιασμού του φορητού συστήματος ήταν η σχεδίαση μιας συσκευής που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από οποιονδήποτε, λέει ο Han.

Ο Yoon ελπίζει να κάνει τη συσκευή πιο φιλική προς το χρήστη και να βελτιώσει την ενεργειακή της απόδοση και το ρυθμό παραγωγής της μέσω μιας νεοσύστατης επιχείρησης που σχεδιάζει να ιδρύσει για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας.

Ο Han θέλει να εφαρμόσει όσα έμαθε την τελευταία δεκαετία σε θέματα ποιότητας του νερού που υπερβαίνουν την αφαλάτωση, όπως η ταχεία ανίχνευση ρυπαντών στο πόσιμο νερό

“Πρόκειται σίγουρα για ένα συναρπαστικό έργο και είμαι υπερήφανος για την πρόοδο που έχουμε σημειώσει μέχρι στιγμής, αλλά υπάρχει ακόμη πολλή δουλειά να κάνουμε“, λέει.

Για παράδειγμα, ενώ “η ανάπτυξη φορητών συστημάτων που χρησιμοποιούν διεργασίες ηλεκτρομεμβράνης είναι μια πρωτότυπη και συναρπαστική κατεύθυνση στην αφαλάτωση εκτός δικτύου, μικρής κλίμακας“, οι επιπτώσεις της ρύπανσης, ειδικά αν το νερό έχει υψηλή θολότητα, θα μπορούσαν να αυξήσουν σημαντικά τις απαιτήσεις συντήρησης και το ενεργειακό κόστος, σημειώνει ο Nidal Hilal, καθηγητής μηχανικής και διευθυντής του ερευνητικού κέντρου νερού του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης στο Άμπου Ντάμπι, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα αυτή.

“Ένας άλλος περιορισμός είναι η χρήση ακριβών υλικών“, προσθέτει. “Θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε παρόμοια συστήματα με υλικά χαμηλού κόστους στη θέση τους“

ΠΗΓΗ: ΜΙΤ