Enerji Sorunu Yaşayan Bölgelerde Tıbbi Aletleri Güneş Isısı Kullanarak Sterilize Edebilen Sistem Geliştirildi

22 Kasım 2020 Dergi:

Cihaz, şebeke dışı alanlarda elektriğe ihtiyaç duymadan otoklavları çalıştırmak için basınçlı buhar sağlayabilir.
Hastanelerde, kliniklerde ve doktor ve diş hekimlerinin ofislerinde tıbbi aletleri sterilize etmek için kullanılan cihazlar olan otoklavlar, yaklaşık 125 santigrat derece sıcaklıkta sabit basınçlı bir buhar kaynağı gerektirir. Bu, genellikle elektrikli veya diğer bir yakıtla çalışan kazanlar tarafından sağlanır, ancak birçok kırsal alanda, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, enerji kaynağı güvenilir olmayabilir veya kullanılamaz haldedir ve yakıt pahalıdır.
Şimdi, MIT ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü'ndeki bir araştırma ekibi, yakıt veya elektriğe ihtiyaç duymadan sadece güneş ışığının gücünü kullanarak ihtiyaç duyulan buharı pasif olarak üretmenin bir yolunu buldu. Tipik bir küçük klinik otoklavına güç sağlamak için yaklaşık 2 metrekarelik (veya yarda) bir güneş kolektörü gerektiren cihaz, ücra yerlerde düşük maliyetle güvenli, steril ekipmanı muhafaza edebilir. Bir prototip, Hindistan, Mumbai'de başarıyla test edildi.
Sistem Joule dergisinde, MIT lisansüstü öğrencisi Lin Zhao, MIT Profesörü Evelyn Wang, MIT Profesörü Gang Chen ve MIT ve HTE Bombay'daki diğer 10 araştırmacının yazdığı bir makalede anlatılıyor.
Yeni sistemin anahtarı, Wang ve iş arkadaşları tarafından son birkaç yılda geliştirilen bir malzeme olan; optik olarak şeffaf aerojelin kullanılmasıdır. Materyal, esas olarak, plaj kumunun malzemesi olan silikadan yapılmış hafif bir köpüktür ve büyük bir kısmı havadan oluşur. Hafif olduğu kadar etkili ısı yalıtımı sağlayan malzeme, ısı kaybı oranını on kat azaltır.
Bu şeffaf yalıtım malzemesi, alt taraftaki bir dizi boruya bağlanan, ısıyı emen siyah kaplamalı bir bakır plakadan oluşan, güneş enerjili sıcak su üretmek için esasen kullanıma hazır ekipmanın üstüne yapıştırılmıştır. Güneş plakayı ısıtırken alttaki borulardan akan su, bu ısıyı alır. Ancak üstte şeffaf yalıtım katmanının eklenmesi ve plakaya fazladan güneş ışığını yönlendirmek için plakanın her iki tarafındaki cilalı alüminyum aynalar sayesinde, sistem sadece sıcak su yerine yüksek sıcaklıkta buhar üretebilir. Sistem, suyu bir tanktan plakaya beslemek için yerçekimini kullanır; buhar daha sonra muhafazanın tepesine yükselir ve basınçlı buharı otoklava taşıyan başka bir borudan dışarı verilir. Uygun sterilizasyonu sağlamak için 30 dakika boyunca sabit bir buhar kaynağı muhafaza edilmelidir.
Makine Mühendisliği Bölümü Başkanı Gail E. Kendall ve Profesör Wang, “Gelişmekte olan dünyanın çoğu, güvenilir elektrik veya uygun fiyatlı yakıtın sınırlı bulunabilirliği ile karşı karşıya olduğundan, bunu, otoklavlama veya tıbbi sterilizasyon için gerekli buharı üretmek için düşük maliyetli, pasif, güneş enerjili bir sistemi potansiyel olarak nasıl oluşturabileceğimizi düşünmek için bir fırsat olarak gördük” diyor.

Araştırmacılar, Mumbai'de sistemi test edebilmenin bir bonus olduğunu söylüyor, çünkü şehrin bu kadar düşük maliyetli buhar üretim ekipmanından yararlanabilecek bir konum türü olarak alaka düzeyi yüksek ve önemli olduğunu düşünüyor.
Mumbai testlerinde, gökyüzü puslu ve bulutlu olmasına ve güneşli bir güne kıyasla yalnızca yüzde 70 güneşlenme sağlasa da cihaz, sterilizasyon için gereken doymuş buharı yarım saatlik süre boyunca üretmeyi başardı.
Test, bir el havlusu büyüklüğünde, sadece dörtte biri kadar küçük ölçekli bir birimle gerçekleştirildi, ancak buhar üretim hızının, benzer bir birimin 1 ila 3 kare arasında olması için yeterli olduğunu gösterdi. Zhao, sayaçların tipik olarak bir doktorun ofisinde kullanılan türden bir tezgah üstü otoklavı çalıştırmak için yeterli olacağını söylüyor.
Bu tür cihazların pratikte geliştirilmesi için ana sınırlayıcı faktör, aerojel malzemenin mevcudiyetidir. Bu makalenin ortak yazarı olan PhD Elise Strobach tarafından kurulan bir şirket, pencerelerde kullanılmak üzere yüksek termal verimli şeffaf aerojel üretimini geliştirmeye çalışıyor. Ancak araştırmacılar, şimdiye kadar materyalin yalnızca nispeten pahalı laboratuvar sınıfı süper kritik kurutma ekipmanı kullanılarak küçük miktarlarda üretildiğini, dolayısıyla bu tür bir sterilizasyon sisteminin yaygın olarak benimsenmesinin muhtemelen birkaç yıl sonra olabileceğini söylüyorlar.
Aerojelin kendisi dışındaki diğer bileşenler, gelişmekte olan dünyada zaten düşük maliyetle yaygın olarak temin edilebildiğinden, bu tür sistemlerin imalatı ve bakımı, kullanıldıkları alanlarda pratik olabilir. Zhao, çeyrek metrekarelik prototip için gereken parçaların 40 doların altına düştüğünü söylüyor, bu nedenle tipik küçük bir otoklav için yeterli bir sistemin, gerekli aerojel malzemesi ticarileştirildiğinde muhtemelen 160 dolara mal olabilecek. Zhao, "Aerojel tedarik edebilirsek, her şey yerel olarak, yerel tedarikçilerle inşa edilebilir" diyor.
Ekip, sürecin çeşitli başka amaçlar için de kullanılabileceğini söylüyor. Örneğin, birçok yiyecek ve içecek işleme sistemi, tipik olarak fosil yakıtla çalışan kazanlar tarafından sağlanan yüksek sıcaklıkta buhara dayanır. Bu buharı sağlamak için pasif güneş enerjili sistemler yakıt maliyetlerini ortadan kaldıracak ve bu nedenle birçok sektörde çekici bir seçenek olabilecek.
Sonuç olarak, bu tür sistemler buhar üretmek için güneş ışığını on kat veya daha fazla yoğunlaştıran sistemlerden çok daha uygun maliyetli olmalıdır, çünkü bunlar aerojel tabanlı yaklaşımın basitliğinin aksine pahalı aynalar ve montajlar gerektirir.
Berkeley'deki California Üniversitesi'nde Makine Mühendisliği Profesörü ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda bu çalışmaya dahil olmayan bir Yardımcı Direktör Ravi Prasher, “Bu önemli bir ilerleme” diyor. “Yüksek enerji verimliliğine sahip yüksek sıcaklıkta buhar üretmek zorlu bir işti. Burada yazarlar her ikisini de başardı."
Prasher, “Araştırmanın kalitesi çok yüksek” diye ekliyor. “Güvenilir elektriğe erişimi olmayan düşük gelirli topluluklar için pasif tekniklere erişim çok önemli. Bu nedenle, MIT ekibi tarafından geliştirilen pasif güneş enerjisi cihazı bu açıdan çok önemli. "

Araştırma ekibi ayrıca MIT'den Bikram Bhatia, Lenan Zhang, Arny Leroy, Sungwoo Yang, Thomas Cooper ve Lee Weinstein ile HTE Bombay'da Manoj Yadav, Anish Modi ve Shireesh Kedsare'den oluşuyordu. Çalışma, MIT'deki Tata Merkezi'nden ve ABD Enerji Bakanlığı'ndan da destek aldı.
https://www.youtube.com/watch?v=665yIOWMDZg&feature=emb_logo