Od morske do pitke vode, samo jednim pritiskom na dugme

Znanstvenici grade prijenosnu jedinicu za desalinizaciju, koja će stvarati bistru, čistu vodu za piće, bez potrebe za filterima ili visokotlačnim pumpama. Prijenosna jedinica za desalinizaciju može istovremeno ukloniti čestice i soli kako bi se dobila pitka voda. Jednostavnu jedinicu, koja teži manje od 10 kilograma i ne zahtijeva filtere, može se napajati malim, prijenosnim solarnim panelom.

Znanstvenici s MIT-a (Massachusetts Institute of Technology), razvili su prijenosnu jedinicu za desalinizaciju, tešku manje od 10 kilograma, koja može ukloniti čestice soli u svrhu proizvodnje pitke vode.

Uređaj veličine kofera, koji zahtijeva manje energije za rad od jednog punjača za mobitele, također se može pokretati malim, prijenosnim solarnim panelom, koji se može kupiti online za oko 50 dolara. Automatski proizvodi pitku vodu koja premašuje standarde kvalitete Svjetske zdravstvene organizacije. Tehnologija je upakirana u uređaj prilagođen korisniku, koji radi pritiskom na jedno jedino dugme.

Za razliku od drugih prijenosnih jedinica za desalinizaciju kojima je voda potrebna za prolazak kroz filtere, ovaj uređaj koristi električnu energiju za uklanjanje čestica iz vode. Nepostojanje potrebe za zamjenskim filterima uvelike smanjuje zahtjeve dugotrajnog održavanja.

Ovo bi moglo stvoriti mogućnost da se jedinice rasporede u udaljenim područjima i područjima s ozbiljno ograničenim resursima, kao što su zajednice na malim otocima ili na pomorskim teretnim brodovima. Također bi se mogle koristiti za pomoć izbjeglicama koje bježe od prirodnih katastrofa ili bi mogle dobro doći vojnicima koji izvode dugotrajne vojne operacije.

– Ovo je svojevrsna kulminacija desetogodišnjeg putovanja na kojem smo moja grupa i ja godinama radili, i to na fizici koja stoji iza pojedinačnih procesa desalinizacije, ali smo sve te napretke gurnuli u kutiju, izgradili sustav i demonstrirali ga u oceanu, što je za mene bilo stvarno značajno i korisno iskustvo – kaže stariji autor Jongyoon Han, profesor elektrotehnike i računalnih znanosti te biološkog inženjerstva i član Istraživačkog laboratorija za elektroniku (RLE).

Hanu se u radu pridružuju prvi autor Junghyo Yoon, znanstvenik u RLE-u, Hyukjin J. Kwon, doktor znanosti, SungKu Kang, također doktor znanosti na Sveučilištu Northeastern i Eric Brack iz Zapovjedništva za razvoj borbenih sposobnosti američke vojske (DEVCOM). Istraživanje je objavljeno u Environmental Science and Technology.

Tehnologija bez filtera

– Komercijalno dostupne prijenosne jedinice za desalinizaciju obično zahtijevaju visokotlačne pumpe za guranje vode kroz filtere, koje je vrlo teško smanjiti bez ugrožavanja energetske učinkovitosti uređaja – objašnjava Yoon.

Umjesto toga, njihova se jedinica oslanja na tehniku ​​zvanu polarizacija koncentracije iona (ICP), koju je uvela Hanova grupa prije više od 10 godina. Umjesto filtriranja vode, ICP proces primjenjuje električno polje na membrane koje su postavljene iznad i ispod kanala vode. Membrane odbijaju pozitivno ili negativno nabijene čestice uključujući molekule soli, bakterije i viruse koji prolaze. Nabijene čestice se odvode tad u drugi tok vode koji se na kraju ispušta.

Proces uklanja i otopljene i suspendirane krute tvari, dopuštajući čistoj vodi da prođe kroz kanal. Budući da zahtijeva samo niskotlačnu pumpu, ICP tehnika koristi manje energije od ostalih tehnika ali ICP ne uklanja uvijek sve soli koje plutaju u sredini kanala. Stoga su znanstvenici uključili i drugi proces, poznat kao elektrodijaliza, za uklanjanje preostalih iona soli.

Yoon i Kang dugo su ustraživali kako bi pronašli idealnu kombinaciju ICP-a i modula za elektrodijalizu. Optimalna postavka uključuje dvostupanjski ICP proces, pri čemu voda teče kroz šest modula u prvoj fazi, zatim kroz tri u drugoj fazi, nakon čega slijedi jedan proces elektrodijalize. Ovo je minimaliziralo potrošnju energije, a istovremeno osiguralo da proces ostaje samodostatan.

– Iako je istina da bi neke nabijene čestice mogle biti zarobljene na membrani za ionsku izmjenu, ako se zarobe, samo obrnemo polaritet električnog polja i nabijene čestice se mogu lako ukloniti – objašnjava Yoon.

Skupili su i složili ICP i module za elektrodijalizu kako bi poboljšali njihovu energetsku učinkovitost i omogućili im da se uklope u prijenosni uređaj. Dizajnirali su uređaj za nestručnjake, sa samo jednim dugmetom za pokretanje automatskog procesa desalinizacije i pročišćavanja. Nakon što se razina saliniteta i broj čestica smanje na određene pragove, uređaj obavještava korisnika da je voda pitka.

Stvorili su i aplikaciju za pametne telefone koja može bežično kontrolirati jedinicu i izvještavati podatke o potrošnji energije i slanosti vode u stvarnom vremenu.

Testovi na plaži

Nakon provedenih laboratorijskih pokusa s vodom različitih razina saliniteta i zamućenosti, testirali su uređaj na terenu Carson Beach u Bostonu.

Yoon i Kwon postavili su kutiju blizu obale i bacili dovodnu cijev u vodu. Za otprilike pola sata uređaj je napunio plastičnu čašu čistom, pitkom vodom!

– Bio je uspješan čak i u svojoj prvoj vožnji, što je bilo prilično uzbudljivo i iznenađujuće. Ali mislim da je glavni razlog zašto smo bili uspješni, akumulacija svih ovih malih pomaka koje smo napravili na tom putu – kaže Han.

Dobivena voda premašila je smjernice kvalitete Svjetske zdravstvene organizacije, a jedinica je smanjila količinu suspendiranih krutih tvari za najmanje faktor 10. Njihov prototip proizvodi pitku vodu brzinom od 0,3 litre na sat i zahtijeva samo 20 vata na sat po litri .

– Jedan od najvećih izazova projektiranja prijenosnog sustava bio je projektiranje intuitivnog uređaja koji bi svatko mogao koristiti – kaže Han.

Yoon se nada da će uređaj učiniti jednostavnijim za korištenje i poboljšati njegovu energetsku učinkovitost i stopu proizvodnje kroz startup koji planira pokrenuti kako bi komercijalizirao tehnologiju.

U laboratoriju Han želi primijeniti lekcije koje je naučio tijekom posljednjeg desetljeća, na pitanja kvalitete vode koja nadilaze desalinizaciju, kao što je brzo otkrivanje zagađivača u pitkoj vodi.

– Ovo je apsolutno uzbudljiv projekt i ponosan sam na napredak koji smo do sada napravili, ali ima još puno posla – skroman je Han.

Istraživanje je djelomično financirano od strane DEVCOM Soldier Center, Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), Experimental AI Postdoc Fellowship Program sa Sveučilišta Northeastern i Roux AI Institute.

Z.G.