28 آوریل 2022 -توسط آدام زوی، موسسه فناوری ماساچوست -این واحد کاربرپسند که کمتر از 10 کیلوگرم وزن دارد و نیازی به استفاده از فیلتر ندارد، می تواند توسط یک پنل خورشیدی کوچک و قابل حمل تغذیه شود. اعتبار: M. Scott Brauer
محققان MIT یک واحد نمک زدایی قابل حمل با وزن کمتر از 10 کیلوگرم ساخته اند که می تواند ذرات و نمک ها را برای تولید آب آشامیدنی حذف کند.
این دستگاه به اندازه یک چمدان، که برای کارکردن به انرژی کمتری نسبت به شارژر تلفن همراه نیاز دارد، می‌تواند توسط یک پنل خورشیدی کوچک و قابل حمل نیز هدایت شود که می‌توان آن را به صورت آنلاین با قیمت حدود 50 دلار خریداری کرد. به طور خودکار آب آشامیدنی تولید می کند که از استانداردهای کیفی سازمان بهداشت جهانی فراتر می رود. این فناوری در یک دستگاه کاربرپسند بسته بندی شده است که با فشار یک دکمه کار می کند.
برخلاف سایر واحدهای آب شیرین کن قابل حمل که برای عبور از فیلترها نیاز به آب دارند، این دستگاه از نیروی الکتریکی برای حذف ذرات آب آشامیدنی استفاده می کند. حذف نیاز به فیلترهای جایگزین، نیازهای طولانی مدت نگهداری را به شدت کاهش می دهد.
این می تواند دستگاه را قادر سازد تا در مناطق دورافتاده و به شدت محدود با منابع، مانند جوامع در جزایر کوچک یا در کشتی های باری دریانوردی مستقر شود. همچنین می تواند برای کمک به پناهندگانی که از بلایای طبیعی فرار می کنند یا توسط سربازانی که عملیات نظامی طولانی مدت انجام می دهند، استفاده شود.
“این واقعاً نقطه اوج یک سفر 10 ساله است که من و گروهم در آن بوده‌ایم. ما سال‌ها روی فیزیک در پس فرآیندهای نمک‌زدایی فردی کار کردیم، اما همه این پیشرفت‌ها را در جعبه‌ای قرار دادیم، یک سیستم ساختیم و آن را به نمایش گذاشتیم. جونگیون هان، نویسنده ارشد، استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر و مهندسی بیولوژیکی، و عضو آزمایشگاه تحقیقاتی الکترونیک (RLE) می‌گوید: اقیانوس، این تجربه واقعاً معنادار و ارزشمندی برای من بود.
اولین نویسنده جونگیو یون، دانشمند پژوهشی در RLE، به هان در این مقاله می پیوندد. هیوکجین جی کوون، فوق دکترای سابق؛ سونگ کو کانگ، فوق دکترای دانشگاه نورث ایسترن؛ و اریک براک از فرماندهی توسعه قابلیت های رزمی ارتش ایالات متحده (DEVCOM). این تحقیق به صورت آنلاین در Environmental Science and Technology منتشر شده است.
یون توضیح می‌دهد که واحدهای نمک‌زدایی قابل حمل تجاری موجود معمولاً به پمپ‌های فشار بالا برای عبور آب از فیلترها نیاز دارند که کوچک کردن آنها بدون به خطر انداختن کارایی انرژی دستگاه بسیار دشوار است.
در عوض، دستگاه آنها بر تکنیکی به نام پلاریزاسیون غلظت یون (ICP) متکی است که بیش از 10 سال پیش توسط گروه هان پیشگام بود. به جای فیلتر کردن آب، فرآیند ICP یک میدان الکتریکی را به غشاهایی که در بالا و زیر کانال آب قرار گرفته اند اعمال می کند. غشاها ذرات باردار مثبت یا منفی – از جمله مولکول‌های نمک، باکتری‌ها و ویروس‌ها – را هنگام عبور از آن حذف می‌کنند. ذرات باردار به جریان دوم آب هدایت می شوند که در نهایت تخلیه می شود.
این فرآیند هم مواد جامد محلول و هم جامدات معلق را حذف می کند و به آب تمیز اجازه می دهد از کانال عبور کند. از آنجایی که فقط به پمپ کم فشار نیاز دارد، ICP انرژی کمتری نسبت به سایر تکنیک ها مصرف می کند.
اما ICP همیشه تمام نمک های شناور در وسط کانال را حذف نمی کند. بنابراین محققان فرآیند دومی به نام الکترودیالیز را برای حذف یون‌های نمک باقی‌مانده وارد کردند.
یون و کانگ از یادگیری ماشینی برای یافتن ترکیب ایده آل ICP و ماژول های الکترودیالیز استفاده کردند. راه‌اندازی بهینه شامل یک فرآیند ICP دو مرحله‌ای است که آب از شش ماژول در مرحله اول و سپس از سه ماژول در مرحله دوم و به دنبال آن یک فرآیند الکترودیالیز منفرد جریان می‌یابد. این امر مصرف انرژی را به حداقل می رساند و در عین حال اطمینان می دهد که فرآیند خود تمیز می شود.
یون توضیح می‌دهد: «در حالی که درست است که برخی از ذرات باردار می‌توانند روی غشای تبادل یونی جذب شوند، اما اگر به دام بیفتند، ما فقط قطبیت میدان الکتریکی را معکوس می‌کنیم و ذرات باردار را می‌توان به راحتی حذف کرد.»
آنها ماژول‌های ICP و الکترودیالیز را منقبض و روی هم قرار دادند تا بازده انرژی خود را بهبود بخشند و آنها را قادر می‌سازند داخل یک دستگاه قابل حمل جا شوند. محققان این دستگاه را برای افراد غیر متخصص طراحی کردند و تنها با یک دکمه فرآیند نمک زدایی و تصفیه خودکار را راه اندازی کردند. هنگامی که سطح شوری و تعداد ذرات به آستانه های خاص کاهش یافت، دستگاه به کاربر اطلاع می دهد که آب قابل شرب است.
محققان همچنین یک اپلیکیشن گوشی هوشمند ایجاد کردند که می تواند دستگاه را به صورت بی سیم کنترل کند و داده های مصرف برق و شوری آب را در زمان واقعی گزارش کند.
