Apă potabilă din apa mării, dintr-o simplă apăsare de buton

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) au dezvoltat o unitate portabilă de desalinizare, cu o greutate mai mică de 10 kilograme, care poate îndepărta particulele și sărurile, creând apă potabilă din apa mării.

Dispozitivul de dimensiunea unei valize, care necesită mai puțină putere pentru a funcționa decât un încărcător de telefon mobil, poate fi alimentat și de un panou solar mic, portabil, care poate fi achiziționat online pentru aproximativ 50 de dolari.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Acesta generează automat apă potabilă din apa mării, care depășește standardele de calitate ale Organizației Mondiale a Sănătății. Tehnologia este încorporată într-un dispozitiv ușor de utilizat, care funcționează prin apăsarea unui singur buton.

Cum faci apă potabilă din apa mării?

Spre deosebire de alte unități portabile de desalinizare care necesită ca apa să treacă prin filtre, acest dispozitiv utilizează energie electrică pentru a îndepărta particulele din apa potabilă. Eliminarea necesității de înlocuire a filtrelor reduce considerabil cerințele de întreținere pe termen lung, scrie Tech Xplore.

Acest lucru i-ar putea permite unității să fie folosită în zone îndepărtate și extrem de limitate în ceea ce privește resursele, cum ar fi comunitățile de pe insule mici sau la bordul navelor de marfă maritime. De asemenea, dispozitivul ar putea fi folosit pentru a-i ajuta pe refugiații care fug de dezastre naturale sau de către soldații care desfășoară operațiuni militare pe termen lung.

„Acesta este într-adevăr punctul culminant al unei călătorii de 10 ani în care m-am îmbarcat eu și grupul meu. Am lucrat ani de zile la fizica din spatele proceselor individuale de desalinizare, dar înghesuind toate aceste progrese într-o cutie, construind un sistem și demonstrând-o în ocean, aceasta a fost o experiență cu adevărat semnificativă și plină de satisfacții pentru mine”, spune autorul principal Jongyoon Han, profesor de inginerie electrică și informatică și de inginerie biologică și membru al Laboratorului de Cercetare în Electronică (RLE).

Cercetarea a fost publicată online în Environmental Science and Technology.

Tehnologie fără filtre

Unitățile de desalinizare portabile disponibile comercial necesită de obicei pompe de înaltă presiune pentru a împinge apa prin filtre, care sunt foarte dificil de miniaturizat fără a compromite eficiența energetică a dispozitivului, explică Junghyo Yoon, unul dintre cercetătorii care au lucrat la proiect.

În schimb, unitatea lor se bazează pe o tehnică numită polarizare a concentrației ionice (ICP), care a fost lansată de grupul lui Han cu mai bine de 10 ani în urmă.

În loc să filtreze apa, procesul ICP aplică un câmp electric membranelor plasate deasupra și dedesubtul unui canal de apă. Membranele resping particulele încărcate pozitiv sau negativ, inclusiv moleculele de sare, bacteriile și virusurile pe măsură ce acestea trec pe lângă membrane. Particulele încărcate sunt canalizate într-un al doilea flux de apă care este în cele din urmă descărcat.

Procesul elimină atât solidele dizolvate, cât și pe cele în suspensie, permițându-i apei curate să treacă prin canal. Deoarece necesită doar o pompă de joasă presiune, ICP utilizează mai puțină energie decât alte tehnici.

Un singur proces nu este suficient

Dar ICP nu îndepărtează întotdeauna toate sărurile care plutesc în mijlocul canalului. Așadar, cercetătorii au încorporat un al doilea proces, cunoscut sub numele de electrodializă, pentru a elimina ionii de sare rămași.

Yoon și Kang au folosit învățarea automată pentru a găsi combinația ideală de module ICP și electrodializă. Configurarea optimă include un proces ICP în două etape, apa curgând prin 6 module în prima etapă, apoi prin 3 în a doua etapă, urmat de un singur proces de electrodializă. Acest lucru a redus la minimum consumul de energie, asigurând în același timp auto-curățarea procesului.

„Deși este adevărat că unele particule încărcate ar putea fi capturate pe membrana schimbătoare de ioni, dacă sunt prinse, doar inversăm polaritatea câmpului electric și particulele încărcate pot fi îndepărtate cu ușurință”, explică Yoon.

Ei au micșorat modulele ICP și de electrodializă și le-au așezat unul peste celălalt pentru a le îmbunătăți eficiența energetică și a le permite să încapă într-un dispozitiv portabil. Cercetătorii au proiectat dispozitivul pentru oameni care nu sunt experți, fiind nevoie de un singur buton pentru a lansa procesul automat de desalinizare și purificare.

Odată ce nivelul de salinitate și numărul de particule scad sub anumite praguri, dispozitivul anunță utilizatorul că a extras apă potabilă din apa mării.

Cercetătorii au creat, de asemenea, o aplicație pentru smartphone care poate controla unitatea de la distanță și poate raporta date în timp real despre consumul de energie și salinitatea apei.

Teste pe plajă

După ce au efectuat experimente de laborator utilizând apă cu diferite niveluri de salinitate și turbiditate (nebulozitate), au testat dispozitivul pe teren la Carson Beach, în Boston.

Yoon și Kwon au așezat cutia lângă țărm și au plasat tubul de alimentare în apă. În aproximativ o jumătate de oră, dispozitivul a umplut un pahar de plastic cu apă potabilă limpede.

„A avut succes chiar și la prima sa utilizare, ceea ce a fost destul de interesant și surprinzător. Dar cred că principalul motiv pentru care am avut succes este aducerea la un loc a tuturor acestor mici progrese pe care le-am făcut pe parcurs”, spune Han.

Apa rezultată a depășit standardele de calitate ale Organizației Mondiale a Sănătății, iar unitatea a redus cantitatea de solide în suspensie cu cel puțin un factor de 10. Prototipul lor generează apă potabilă cu o rată de 0,3 litri pe oră și necesită doar 20 de wați de putere pe litru.

„În acest moment, ne concentrăm cercetările pentru a crește rata de producție”, spune Yoon.

Provocări și limitări ale dispozitivului de făcut apă potabilă din apa mării

Una dintre cele mai mari provocări ale proiectării sistemului portabil a fost proiectarea unui dispozitiv intuitiv care ar putea fi folosit de oricine, spune Han.

Yoon speră să facă dispozitivul și mai ușor de utilizat și să îmbunătățească eficiența energetică și rata de producție printr-un startup pe care intenționează să îl lanseze pentru a comercializa tehnologia.

În laborator, Han vrea să aplice lecțiile pe care le-a învățat în ultimul deceniu pe problemele legate de calitatea apei care depășesc desalinizarea, cum ar fi detectarea rapidă a contaminanților în apa potabilă.

„Acesta este cu siguranță un proiect interesant și sunt mândru de progresul pe care l-am făcut până acum, dar mai este mult de lucru”, spune el.

De exemplu, în timp ce „dezvoltarea sistemelor portabile folosind procese electro-membrană este o direcție originală și incitantă în desalinizarea la scară mică, în afara rețelei”, efectele murdăririi, mai ales dacă apa are turbiditate mare, ar putea crește semnificativ cerințele de întreținere și costurile de energie, notează Nidal Hilal, profesor de inginerie și director al Centrului de cercetare Apă Abu Dhabi al Universității din New York, care nu a fost implicat în această cercetare.

„O altă limitare este utilizarea de materiale scumpe. Ar fi interesant să vedem sisteme similare cu materiale ieftine”, a adăugat el.

Vă recomandăm să citiți și:

Pielea electronică anticipează și percepe atingerea din diferite direcții pentru prima dată

Difuzorul subțire ca hârtia prin care poți transforma suprafețele în surse audio

Inteligența artificială care te judecă mai rău ca o soacră. De ce a fost creată?

Poate fi crescută carnea în spațiu sau va rămâne asta doar un vis?