ZNANSTVENICI prestižnog američkog sveučilišta Massachusetts Institute of Technology (MIT) konstruirali su maleni uređaj veličine aktovke, težine 10-ak kilograma, koji morsku i bočatu vodu pretvara u pitku jednostavnim pritiskom na gumb.

Kako tumače autori, uređaju za rad treba manje energije nego za punjenje mobitela, a može se pokretati baterijama ili malim, prijenosnim solarnim panelima, koji se na internetu mogu kupiti za oko 50 američkih dolara.

Uređaj proizvodi pitku vodu koja nadilazi standarde kvalitete koje je propisala Svjetska zdravstvena organizacija (WHO), prema kojima voda za piće mora sadržavati manje od 0.5 g soli po litri. Koncentracije soli u bočatoj i morskoj vodi kreću se od 2.5 g do 45 g po litri.

Uređaj odstranjuje i druge krute sastojke u vodi poput čestica mulja, bakterija, virusa i metala s oko 30 NTU (jedinica za zamućenost vode) na manje od 1 NTU. Na taj način dobiva se kristalno čista voda čak i iz morske vode koja je zamućena valovima.

Praktičan za brojne svrhe

Tehnologija je upakirana u uređaj dimenzija 42 cm × 33.5 cm × 19 cm, koji je jednostavan za korištenje i pokreće se pritiskom na jednu tipku.

Za razliku od drugih prijenosnih jedinica za desalinizaciju koje zahtijevaju da voda pod visokim tlakom prolazi kroz filtre, ovaj uređaj koristi električnu energiju za uklanjanje čestica iz vode, što znači da ne zahtijeva zamjenu filtara i stalno održavanje.

Ove prednosti trebale bi omogućiti da se koristi u udaljenim područjima s ograničenim resursima vode, kao što su zajednice na malim otocima ili brodovima. Također se može koristiti za pomoć izbjeglicama koji bježe od prirodnih katastrofa ili vojnicima koji provode dugotrajne vojne operacije.

Prema podacima WHO-a, oko 785 milijuna ljudi na svijetu ima problema s pristupom pitkoj vodi, a s klimatskim promjenama problem će vjerojatno postajati sve veći.

Tim je također razvio aplikaciju za pametne telefone, koja može bežično kontrolirati uređaj i u stvarnom vremenu predstavljati podatke o potrošnji energije i salinitetu vode.

Mala potrošnja energije

MIT-jev prototip proizvodi pitku vodu brzinom od 0.3 litre po satu i troši samo 20 Wh po litri. Za ilustraciju, to znači da bi cijena energije za desalinizaciju litre vode uz hrvatsku cijenu struje od oko 0.5 kn/kWh bila oko 0.01 kn. Naravno, ako se koristi solarni panel, desalinizacija je praktički besplatna.

Kako uređaj radi?

Komercijalno dostupni prijenosni uređaji za desalinizaciju obično koriste visokotlačne pumpe za potiskivanje vode kroz filtre, koje je vrlo teško minijaturizirati bez ugrožavanja energetske učinkovitosti uređaja.

Prema radu objavljenom u časopisu Environmental Science&Technology, MIT-jev uređaj umjesto toga koristi tehniku ​​koja je nazvana polarizacija koncentracije iona (ICP), koju je MIT-jev tim osmislio prije više od 10 godina. Umjesto da filtrira vodu, proces ICP stvara električno polje u kojem su iznad i ispod kanala kroz koji protječe voda postavljene posebne membrane kationske izmjene. Membrana kationske izmjene je selektivna barijera koja odvaja odjeljak anode s pozitivnim nabojem i katode s negativnim nabojem.

Uloga membrane je da bude selektivno propusna za pozitivno nabijene katione, koji se kreću od pozitivno nabijene anode do negativno nabijene katode.

Molekule soli NaCl u vodi se razlažu na negativno nabijene ione, odnosno anione klora Cl^- i pozitivno nabijene ione, odnosno katione natrija Na⁺ pa ih membrane kationske izmjene usmjeravaju prema kanalu za ispust.

Na taj način u električnom polju, pomoću membrana kationske izmjene, čestice s nabojem, bakterije i druge čestice krutina se u električnom polju polariziraju te se usmjeravaju i koncentriraju u zaseban tok vode (plavi sloj dolje) koji se na kraju ispušta, dok čista voda teče glavnim tokom (proziran sloj) koji se prikuplja u spremnik.

No znanstvenici s MIT-ja uočili su da ICP ne uspijeva potpuno ukloniti sve soli koje prolaze sredinom kanala između membrana.  

Kako bi riješili problem preostalih soli, u uređaj su uključili drugi proces desalinizacije vode – elektrodijalizu.

Optimalizacija procesa

Tim je upotrijebio strojno učenje kako bi pronašao optimalnu kombinaciju ICP-ja i elektrodijalize. Rezultati su pokazali da je to dvostupanjski ICP proces, s vodom koja teče kroz šest modula u prvom stupnju i zatim kroz tri u drugom stupnju, nakon čega slijedi jedan proces elektrodijalize.

Ova kombinacija smanjila je potrošnju energije i istovremeno osigurala samopročišćavanje uređaja.

"Iako je istina da neke nabijene čestice mogu ostati zarobljene na membrani za ionsku izmjenu, mi samo preokrenemo polaritet električnog polja i nabijene čestice se mogu lako ukloniti", rekao je Junghyo Yoon, prvi autor istraživanja.

Nakon što je tim osmislio ovaj proces, smanjio je i posložio ICP dio i module za elektrodijalizu kako bi poboljšao njihovu energetsku učinkovitost i omogućio im da stanu u prijenosni uređaj.

Razvoj uređaja još je u tijeku jer tim želi usavršiti tehnologiju kako bi bio energetski učinkovitiji i još lakši za korištenje.