Per Knopfdruck von Meerwasser zu Trinkwasser

MIT-Forscher nach sich ziehen eine tragbare Entsalzungseinheit entwickelt, die weniger denn 10 Kilogramm wiegt und Partikel und Salze explantieren kann, um Trinkwasser zu erzeugen.

Dasjenige koffergroße Gerät, dies pro den Fertigungsanlage weniger Strom gewünscht denn ein Handy-Ladegerät, kann ebenso mit einem kleinen, tragbaren Solarpanel betrieben werden, dies online pro etwa 50 US-Dollar zugänglich ist. Es erzeugt selbständig Trinkwasser, dies die Qualitätsstandards dieser WHO übertrifft. Die Technologie ist in einem benutzerfreundlichen Gerät verpackt, dies mit einem Knopfdruck vollzogen wird.

Im Kontrast zu anderen tragbaren Entsalzungseinheiten, zwischen denen Wasser durch Filter geleitet werden muss, verwendet dieses Gerät elektrische Leistung, um Partikel aus dem Trinkwasser zu explantieren. Durch den Wegfall des Bedarfs an Ersatzfiltern werden die langfristigen Wartungsanforderungen erheblich reduziert.

Dies könnte es zuteilen, die Maßeinheit in abgelegenen und stark ressourcenbeschränkten Gebieten wie Gemeinden gen kleinen Inseln oder an Bord von Seefrachtschiffen einzusetzen. Es könnte ebenso zur Unterstützung von Flüchtlingen vor Naturkatastrophen oder von Soldaten zwischen langfristigen Militäreinsätzen eingesetzt werden.

„Dies ist wirklich dieser Höhepunkt einer 10-jährigen Reise, die ich und meine Menschenschar unternommen nach sich ziehen. Wir nach sich ziehen langjährig an dieser Physik hinter einzelnen Entsalzungsprozessen gearbeitet, Gewiss all ebendiese Fortschritte in eine Personalcomputer gesteckt, ein System gebaut und es demonstriert Ozean, dies war eine wirklich bedeutsame und lohnende Erleben pro mich“, sagt Seniorautor Jongyoon Han, Professor pro Elektrotechnik und Informatik und Bioingenieurwesen und Mitglied des Research Laboratory of Electronics (RLE).

Neben Han gen dem Papier sind dieser Erstautor Junghyo Yoon, ein Forschungswissenschaftler in RLE; Hyukjin J. Kwon, ein ehemaliger Postdoc; SungKu Kang, Postdoc an dieser Northeastern University; und Eric Brack vom US Army Combat Capabilities Development Command (DEVCOM). Die Wissenschaft wurde online in Environmental Science and Technology veröffentlicht.

Filterfreie Technologie
Kommerziell erhältliche tragbare Entsalzungseinheiten erfordern normalerweise Hochdruckpumpen, um Wasser durch Filter zu quetschen, die sehr schwierig zu miniaturisieren sind, ohne die Energieeffizienz des Geräts zu erschweren, erklärt Yoon.

Stattdessen stützt sich ihre Maßeinheit gen eine Technologie namens Ionenkonzentrationspolarisation (ICP), die von Hans Menschenschar vor mehr denn 10 Jahren entwickelt wurde. Anstatt Wasser zu filtern, legt dieser ICP-Prozess ein elektrisches Feld an Membranen an, die zusätzlich und unter einem Wasserkanal platziert sind. Die Membranen stoßen positiv oder negativ geladene Partikel – einschließlich Salzmoleküle, Bakterien und Viren – beim Vorbeiströmen ab. Die geladenen Partikel werden in verknüpfen zweiten Wasserstrom geleitet, dieser schließlich abgelassen wird.

Dieser Prozess fern sowohl gelöste denn ebenso suspendierte Feststoffe, sodass sauberes Wasser durch den Wasserstraße fließen kann. Da nur eine Niederdruckpumpe gewünscht wird, verbraucht ICP weniger Leistung denn andere Techniken.

Andererseits ICP fern nicht immer allesamt Salze, die in dieser Mittelpunkt des Kanals schwimmen. Von dort integrierten die Forscher verknüpfen zweiten Prozess, die sogenannte Elektrodialyse, um verbleibende Salzionen zu explantieren.

Yoon und Kang nutzten maschinelles Lernen, um die ideale Zusammenstellung aus ICP- und Elektrodialysemodulen zu finden. Dieser optimale Überbau umfasst verknüpfen zweistufigen ICP-Prozess, zwischen dem Wasser in dieser ersten Stufe durch sechs Module und in dieser zweiten Stufe durch drei Module fließt, gefolgt von einem einzelnen Elektrodialyseprozess. Dies minimiert den Energieverbrauch und stellt taktgesteuert sicher, dass dieser Prozess selbstreinigend bleibt.

„Es stimmt zwar, dass wenige geladene Teilchen gen dieser Ionenaustauschmembran eingefangen werden könnten, Gewiss wenn sie eingefangen werden, kehren wir problemlos die Polarität des elektrischen Felds um und die geladenen Teilchen können leichtgewichtig fern werden“, erklärt Yoon.

Sie schrumpften und stapelten die ICP- und Elektrodialysemodule, um ihre Energieeffizienz zu verbessern und es ihnen zu zuteilen, in ein tragbares Gerät zu passen. Die Forscher entwarfen dies Gerät pro Laien, mit nur einem Taste, um den automatischen Entsalzungs- und Reinigungsprozess zu starten. Sowie dieser Salzgehalt und die Zahl dieser Partikel gen bestimmte Schwellenwerte sinken, benachrichtigt dies Gerät den Benutzer, dass dies Wasser trinkbar ist.

Die Forscher erstellten ebenso eine Smartphone-App, die dies Gerät drahtlos steuern und Echtzeitdaten zum Stromverbrauch und Salzgehalt des Wassers melden kann.

Strandtests
Nachdem Implementation von Laborexperimenten mit Wasser mit unterschiedlichem Salzgehalt und unterschiedlicher Trübung (Trübung) testeten sie dies Gerät im Feld in Bostons Carson Beach.

Yoon und Kwon stellten die Personalcomputer in Ufernähe ab und warfen den Schlauch ins Wasser. In etwa einer halben Stunde hatte dies Gerät verknüpfen Plastiktrinkbecher mit klarem, trinkbarem Wasser voll.

„Es war sogar im ersten Runde triumphierend, welches ziemlich aufregend und stupend war. Andererseits ich denke, dieser Hauptgrund pro unseren Klopper ist die Anhäufung all dieser kleinen Fortschritte, die wir gen dem Weg gemacht nach sich ziehen“, sagt Han.

Dasjenige resultierende Wasser übertraf die Qualitätsrichtlinien dieser WHO, und die Maßeinheit reduzierte die Menge an Schwebstoffen um mindestens den Kennzeichen 10. Ihr Urbild erzeugt Trinkwasser mit einer Tarif von 0,3 Litern pro Stunde und gewünscht nur 20 Wattenmeer Leistung pro Liter .

„Im Moment treiben wir unsrige Wissenschaft voraus, um ebendiese Produktionsrate zu potenzieren“, sagt Yoon.

Eine dieser größten Herausforderungen zwischen dieser Erfindung des tragbaren Systems war die Erfindung eines intuitiven Geräts, dies von jedem verwendet werden konnte, sagt Han.

Yoon hofft, dies Gerät benutzerfreundlicher zu zeugen und seine Energieeffizienz und Produktionsrate durch ein Startup zu verbessern, dies er zur Vermarktung dieser Technologie gründen will.

Im Laboratorium möchte Han die Lektionen, die er in den letzten zehn Jahren gelernt hat, gen Wasserqualitätsprobleme anwenden, die zusätzlich die Entsalzung rausgehen, wie z. B. die schnelle Erkennung von Verunreinigungen in Trinkwasser.

„Dies ist ein für alle Mal ein spannendes Projekt, und ich bin stolz gen die Fortschritte, die wir bisher gemacht nach sich ziehen, Gewiss es gibt noch viel zu tun“, sagt er.

Während wie „die Erfindung tragbarer Systeme mit Elektromembranverfahren eine originelle und aufregende Richtung in dieser netzunabhängigen Entsalzung in kleinem Skala ist“, könnten die Auswirkungen von Fouling, insbesondere wenn dies Wasser eine hohe Trübung aufweist, den Wartungsbedarf erheblich potenzieren und Energiekosten, bemerkt Nidal Hilal, Professor pro Ingenieurwesen und Rektor des Abu Dhabi Water Research Center dieser New York University, dieser nicht an dieser Studie beteiligt war.

„Eine weitere Einschränkung ist die Verwendung teurer Materialien“, fügt er hinzu. „Es wäre interessant, ähnliche Systeme mit kostengünstigen Materialien zu sehen.“

Die Wissenschaft wurde teilweise vom DEVCOM Soldier Center, dem Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS), dem Experimental AI Postdoc Fellowship Program dieser Northeastern University und dem Roux AI Institute finanziert.

Forschungsbericht: „Tragbares Meerwasserentsalzungssystem zur Erzeugung von Trinkwasser an abgelegenen Orten“

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