Teadus ja tulevik

Teadlaste värske leiutis: mereveest saab joogivesi vaid ühe nupulevajutusega

Portatiivne magestamisseade toodab automaatselt joogivett, mis vastab Maailma Terviseorganisatsiooni kvaliteedistandarditele.Foto: Shutterstock

Rubriiki toetab

Teadlased konstrueerisid kaasaskantava magestamisseadme, mis toodab selget ja puhast joogivett ilma, et oleks vaja filtreid või kõrgsurvepumpasid. Vähem kui kümme kilogrammi kaaluva kasutajasõbraliku seadme toiteallikaks on väike kaasaskantav päikesepaneel.

Siencedaily.com kirjutab, et see soolast vett magedaks muutev kohvri suurune aparaat, mille tööks kulub isegi vähem energiat kui mobiiltelefonil, saab energiat väikese kaasaskantava päikesepaneeli kaudu. Seade toodab automaatselt joogivett, mis vastab Maailma Terviseorganisatsiooni kvaliteedistandarditele. Kogu tehnoloogia on pakitud kasutajasõbralikku seadmesse, mis töötab vaid ühe nupuvajutusega.

Erinevalt teistest kaasaskantavatest magestamisseadmetest, mis nõuavad vee puhastamiseks filtreid, kasutab see seade joogiveest osakeste eemaldamiseks elektrienergiat, mis tähendab, et filtrite vahetamise vajaduse kaotamine vähendab oluliselt pikaajalist hooldusvajadust.

See omakorda võimaldab aparaadi paigutamist kaugetesse ja väga piiratud ressurssidega piirkondadesse, näiteks väikesaartele või kaubalaevade pardale. Seda võiks kasutada ka loodusõnnetuste eest põgenevate inimeste või pikaajalisi sõjalisi operatsioone läbi viiva armee joogiveega varustamiseks.

“See on tõesti kümneaastase teekonna kulminatsioon, mille mina ja mu rühm oleme läbinud. Tegime aastaid füüsikalisi katseid erinevate magestamise protsessidega, koondasime kõik need teadmised kokkku ja ehitasime täiesti uue süsteemi, mille demonstratsioon ookeanis oli minu jaoks tõeliselt tähendusrikas ja rahuldust pakkuv kogemus,” räägib projekti vanemautor Jongyoon Han, elektrotehnika ja arvutiteaduse ning bioloogilise inseneeria professor ning elektroonika uurimislabori (RLE) liige.

Lisaks Han’ile osalesid projektis esimene autor Junghyo Yoon, RLE teadur; Hyukjin J. Kwon, endine järeldoktor; SungKu Kang, Kirdeülikooli järeldoktor ja Eric Brack USA armee lahinguvõime arendamise väejuhatusest.

Filtrivaba tehnoloogia

Yoon selgitab, et kaasaskantavad magestamisseadmed nõuavad tavaliselt kõrgsurvepumpasid, et suruda vesi läbi filtrite. Neid on aga väga raske miniatuurseks muuta, ilma et see kahjustaks seadme energiatõhusust.

Selle asemel toetutakse tehnikale, mida nimetatakse ioonide kontsentratsiooni polarisatsiooniks (IKP), millega Han’i rühm alustas rohkem kui kümme aastat tagasi. Vee filtreerimise asemel rakendab IKP-protsess veekanali kohale ja alla asetatud membraanidele elektrivälja. Membraanid tõrjuvad mööda voolates positiivselt või negatiivselt laetud osakesi, sealhulgas soola molekule, bakterid ja viirused. Laetud osakesed suunatakse teise veevoolu, mis lõpuks välja lastakse.

Protsess eemaldab nii lahustunud kui ka hõljuvad tahked ained, võimaldades kanali läbida vaid puhtal veel. Kuna selleks on vaja ainult madalsurvepumpa, kasutab IKP vähem energiat kui teised tehnikad.

Kuid IKP ei eemalda alati kõiki kanali keskel hõljuvaid sooli. Nii kasutasid teadlased ülejäänud soolaioonide eemaldamiseks teist protsessi, mida nimetatakse elektrodialüüsiks.

Yoon ja Kang kasutasid masinõpet, et leida IKP ja elektrodialüüsi moodulite ideaalne kombinatsioon. Optimaalne seadistus sisaldab kaheastmelist IKP-protsessi, kus vesi voolab läbi kuue mooduli esimeses etapis, seejärel läbi kolme mooduli teises etapis, millele järgneb üks elektrodialüüsiprotsess. See minimeerib energiatarbimist, tagades samal ajal protsessi isepuhastumise.

“Kuigi on tõsi, et mõned laetud osakesed võivad ioonivahetusmembraanile kinni jääda, siis kui need kinni jäävad, muudame lihtsalt elektrivälja polaarsust ja laetud osakesed saab hõlpsasti eemaldada,” selgitab Yoon.

Nad kahandasid ja ladusid IKP- ja elektrodialüüsimooduleid, et parandada nende energiatõhusust ning mahutada neid kaasaskantavasse seadmesse. Teadlased kujundasid seadme mitte ekspertide, vaid tavakasutajate jaoks – on vaid üks nupp, et käivitada automaatne magestamis- ja puhastusprotsess. Kui soolsuse tase ja osakeste arv langevad teatud tasemeni, teavitab seade kasutajat, et vesi on joodav.

Teadlased lõid ka nutitelefoni rakenduse, mis suudab masinat juhtmevabalt juhtida ning edastada reaalajas andmeid energiatarbimise ja vee soolsuse kohta.

Katsed rannas

Pärast laborikatsete läbiviimist, milles kasutati erineva soolsuse ja hägususe tasemega vett, katsetati seadet Bostoni Carsoni rannas. Yoon ja Kwon seadsid kasti kalda lähedale rannale ja viskasid toitetoru vette. Umbes poole tunniga oli seade täitnud plastikust joogitopsi selge ja joogikõlbliku veega.

“See oli edukas isegi oma esimesel katsel, mis oli üsna põnev ja üllatav. Kuid arvan, et meie edu peamine põhjus on kõik need väikesed edusammud kokku, mida me sel teel saavutasime,” ütleb Han.

Saadud vesi vastas Maailma Terviseorganisatsiooni kvaliteedinõuetele ning seade vähendas hõljuvate osakeste kogust vees vähemalt kümme korda.Esimene prototüüp toodab joogivett kiirusega 0,3 liitrit tunnis ja vajab vaid 20 vatti võimsust liitri kohta.

“Praegu jätkame oma uurimistööd, et joogivee tootmise kiirust suurendada,” selgitab Yoon.

Han’i sõnutsi oli üks kaasaskantava süsteemi kujundamise suurimaid väljakutseid eesmärk luua selline seade, mida mida saaks kasutada igaüks.

Yoon loodab muuta aparaadi veelgi kasutajasõbralikumaks ning parandada selle energiatõhusust ja tootmistaset start-upi kaudu, mille ta selle tehnoloogia kommertsialiseerimiseks kavatseb käivitada.

Laboris soovib Han viimase kümnendi jooksul saadud õppetunde rakendada vee kvaliteediga seotud probleemide lahendamiseks, mis lähevad magestamisest veelgi kaugemale – näiteks joogivees leiduvate saasteainete kiire tuvastamine.

“See on kindlasti põnev projekt ja ma olen uhke seniste edusammude üle, kuid tööd on veel palju,” lisab ta.

Selles rubriigis vahendame maailma teadusuudiseid, tulevikuvaateid ning oma kõige põnevamaid tegemisi.

Populaarsed lood mujal Geeniuses

Ära jää ilma päeva põnevamatest lugudest

Telli Geeniuse uudiskiri

Saadame sulle igal argipäeval ülevaate olulisematest Geeniuse teemadest.