Bir Düğmeye Basarak Deniz Suyundan İçme Suyu Elde Etmek Mümkün

09 Mayıs 2022 Dergi:

Araştırmacılar, filtrelere veya yüksek basınçlı pompalara ihtiyaç duymadan berrak, temiz içme suyu üreten portatif bir tuzdan arındırma ünitesi inşa ediyor.

MIT araştırmacıları, içme suyu üretmek için partikülleri ve tuzları giderebilen, 10 kilogramdan daha hafif, taşınabilir bir tuzdan arındırma ünitesi geliştirdi.

Çalıştırmak için cep telefonu şarj cihazından daha az güç gerektiren bir bavul boyutundaki cihaz, aynı zamanda, yaklaşık 50 $ karşılığında çevrimiçi olarak satın alınabilen küçük, taşınabilir bir güneş paneli tarafından da çalıştırılabiliyor. Cihaz, tek bir düğmeye basarak otomatik olarak Dünya Sağlık Örgütü kalite standartlarını aşan içme suyu üretiyor.

Suyun filtrelerden geçmesini gerektiren diğer portatif tuzdan arındırma ünitelerinin aksine, bu cihaz içme suyundan partikülleri gidermek için elektrik gücü kullanır. Yedek filtre ihtiyacını ortadan kaldırmak, uzun vadeli bakım gereksinimlerini büyük ölçüde azaltır.

Bu ünite, küçük adalar veya deniz kargo gemileri gibi uzak ve ciddi şekilde sınırlı kaynaklara sahip alanlarda kullanılabilir. Ayrıca, doğal afetlerden kaçan mültecilere veya uzun süreli askeri operasyonlar yürüten askerlere yardım etmek için de faydalı olabilir.

Elektrik Mühendisliği, Bilgisayar Bilimi Ve Biyolojik Mühendislik Profesörü, Elektronik Araştırma Laboratuvarı (RLE) Üyesi Kıdemli Yazar Jongyoon Han, "Bu gerçekten benim ve grubumun çıktığı 10 yıllık bir yolculuğun doruk noktası. Bireysel tuzdan arındırma süreçlerinin arkasındaki fizik üzerinde yıllarca çalıştık, ancak tüm bu gelişmeleri bir kutuya sığdırmak, bir sistem kurmak ve bunu deniz suyu kullanarak göstermek benim için gerçekten anlamlı ve ödüllendirici bir deneyimdi” diyor.

Makale; Han ile birlikte, RLE'de bir araştırma bilimcisi olan ilk yazar Junghyo Yoon, doktora sonrası araştırmacı Hyukjin J. Kwon, Northeastern Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan SungKu Kang ve ABD Ordusu Savaş Yeteneklerini Geliştirme Komutanlığı'ndan (DEVCOM) Eric Brack isimleri ile çevrimiçi Environmental Science and Technology’de yayınlandı.

Filtresiz teknoloji

Yoon, ticari olarak temin edilebilen portatif tuzdan arındırma ünitelerinin tipik olarak, suyu filtrelerden geçirmek için yüksek basınçlı pompalar gerektirdiğini ve bu pompaların, cihazın enerji verimliliğinden ödün vermeden küçültülmesinin çok zor olduğunu açıklıyor.

Geliştirilen ünite, 10 yıldan uzun bir süre önce Han'ın grubunun öncülük ettiği iyon konsantrasyonu polarizasyonu (ICP) adı verilen bir tekniğe dayanır. ICP işlemi, suyu filtrelemek yerine, bir su kanalının üstüne ve altına yerleştirilen membranlara bir elektrik uygular. Membranlar, akarken tuz molekülleri, bakteriler ve virüsler dahil olmak üzere pozitif veya negatif yüklü parçacıkları iter. Yüklü parçacıklar, sonunda boşaltılan ikinci bir su akışına akıtılır.

İşlem, hem çözünmüş hem de askıda katı maddeleri uzaklaştırarak temiz suyun kanaldan geçmesine izin verir. Yalnızca düşük basınçlı bir pompa gerektirdiğinden, ICP diğer tekniklerden daha az enerji kullanır.

Ancak ICP, kanalın ortasında yüzen tüm tuzları her zaman ortadan kaldırmaz. Böylece araştırmacılar, kalan tuz iyonlarını gidermek için elektrodiyaliz olarak bilinen ikinci bir işlemi üniteye dahil ettiler.

Yoon ve Kang, ICP ve elektrodiyaliz modüllerinin ideal kombinasyonunu bulmak için makine öğrenimini kullandı. Optimal kurulum, suyun ilk aşamada altı modülden, ardından ikinci aşamada üç modülden aktığı ve ardından tek bir elektrodiyaliz işlemi izlediği iki aşamalı bir ICP sürecini içeriyor. Bu, işlemin kendi kendini temizlemesini sağlarken enerji kullanımını en aza indirir.

Yoon, "Bazı yüklü parçacıkların iyon değişim membranı üzerinde tutulabileceği doğru olsa da, eğer sıkışırlarsa, elektrik alanının polaritesini tersine çeviririz ve yüklü parçacıklar kolayca çıkarılabilir" diyor.

Araştırmacılar, enerji verimliliklerini artırmak ve taşınabilir bir cihaza sığmalarını sağlamak için ICP ve elektrodiyaliz modüllerini küçültüp üst üste yerleştirdiler. Cihazı, otomatik tuzdan arındırma ve arıtma sürecini başlatmak için tek bir düğme ile uzman olmayanların kolay kullanımı için tasarladılar. Tuzluluk seviyesi ve partikül sayısı belirli eşiklere düştüğünde, cihaz kullanıcıya suyun içilebilir olduğunu bildiriyor.

Araştırmacılar ayrıca üniteyi kablosuz olarak kontrol edebilen, enerji tüketimi ve su tuzluluğu hakkında gerçek zamanlı verileri raporlayabilen bir akıllı telefon uygulaması da oluşturdu.

Sahil testleri

Farklı tuzluluk ve bulanıklık seviyelerinde su kullanarak laboratuvar deneyleri yaptıktan sonra, cihazı Boston'daki Carson Beach'te sahada test ettiler.

Yoon ve Kwon kutuyu kıyıya yakın bir yere koydular ve besleme tüpünü suya attılar. Cihaz yaklaşık yarım saat içinde plastik bir içme kabını temiz, içilebilir suyla doldurdu.

Araştırmacılar, “Oldukça heyecan verici ve şaşırtıcı olan ilk çalışmasında bile başarılı oldu. Ancak başarılı olmamızın ana nedeninin yol boyunca yaptığımız tüm bu küçük ilerlemelerin birikimi olduğunu düşünüyoruz” diyorlar.

Ortaya çıkan su, Dünya Sağlık Örgütü kalite yönergelerini aştı ve ünite, askıda katı madde miktarını en az 10 kat azalttı. Prototipleri saatte 0,3 litre içme suyu üretiyor ve litre başına sadece 20 watt-saat gerektiriyor.

Yoon, "Şu anda, bu üretim oranını artırmak için araştırmamızı zorluyoruz" diyor.

Han, taşınabilir sistemi tasarlamanın en büyük zorluklarından birisinin; herkes tarafından kullanılabilecek sezgisel bir cihaz tasarlamak olduğunu söylüyor.

Yoon, teknolojiyi ticarileştirmek için başlatmayı planladığı bir girişim aracılığıyla cihazı daha kullanıcı dostu hale getirmeyi ve enerji verimliliğini ile üretim miktarını iyileştirmeyi umuyor.

Laboratuvarda Han, son on yılda bu süreçte öğrendiği dersleri, içme suyundaki kirleticilerin hızla tespit edilmesi gibi tuzdan arındırmanın ötesine geçen su kalitesi sorunlarına uygulamak istiyor. "Bu kesinlikle heyecan verici bir proje ve şu ana kadar kaydettiğimiz ilerlemeden gurur duyuyorum, ancak daha yapılacak çok iş var" diyor.

Araştırma kısmen DEVCOM Asker Merkezi, Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı (J-WAFS), Northeastern Üniversitesi Deneysel Yapay Zeka Doktora Sonrası Burs Programı ve Roux AI Enstitüsü tarafından finanse edildi.

https://www.youtube.com/watch?v=x0fpwlRPZRY&t=3s



Slider Altına