○ จากน้ำทะเลสู่น้ำดื่มเพียงกดปุ่ม |ข่าวเอ็มไอที

ภาพที่ดาวน์โหลดจากเว็บไซต์ Massachusetts Institute of Technology Press Office มีให้สำหรับองค์กรที่ไม่แสวงหากำไร สื่อ และประชาชนทั่วไป ภายใต้สัญญาอนุญาต Creative Commons Attribution NonCommercial No Derivativesคุณไม่สามารถแก้ไขภาพที่ให้มาได้เว้นแต่จะได้รับการครอบตัดให้มีขนาดที่ถูกต้องต้องใช้เครดิตในการเล่นภาพหากไม่มีอยู่ในรายการด้านล่าง ให้ลิงก์รูปภาพไปที่ “MIT”
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ได้พัฒนาอุปกรณ์แยกเกลือแบบพกพาที่มีน้ำหนักน้อยกว่า 10 กิโลกรัม ซึ่งจะขจัดอนุภาคและเกลือเพื่อผลิตน้ำดื่ม
อุปกรณ์ขนาดกระเป๋าเดินทางใช้พลังงานน้อยกว่าเครื่องชาร์จโทรศัพท์ และยังใช้พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์แบบพกพาขนาดเล็กที่สามารถซื้อทางออนไลน์ได้ในราคาประมาณ 50 ดอลลาร์โดยจะผลิตน้ำดื่มที่ได้มาตรฐานเกินมาตรฐานองค์การอนามัยโลกโดยอัตโนมัติเทคโนโลยีนี้บรรจุอยู่ในอุปกรณ์ที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้ซึ่งทำงานที่เพียงกดปุ่ม.
ต่างจากเครื่องทำน้ำแบบพกพาอื่นๆ ที่ต้องใช้น้ำผ่านตัวกรอง อุปกรณ์นี้ใช้ไฟฟ้าเพื่อกำจัดอนุภาคออกจากน้ำดื่มไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนตัวกรอง จึงช่วยลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาในระยะยาวได้อย่างมาก
สิ่งนี้อาจทำให้หน่วยนี้สามารถนำไปใช้ในพื้นที่ห่างไกลและมีทรัพยากรจำกัด เช่น ชุมชนบนเกาะเล็กๆ หรือบนเรือบรรทุกสินค้านอกชายฝั่งนอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อช่วยเหลือผู้ลี้ภัยที่หนีภัยธรรมชาติหรือทหารที่เกี่ยวข้องกับปฏิบัติการทางทหารในระยะยาว
“นี่เป็นจุดสุดยอดของการเดินทาง 10 ปีสำหรับฉันและทีมของฉันจริงๆหลายปีที่ผ่านมา เราได้ทำงานเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลแบบต่างๆ แต่นำความก้าวหน้าทั้งหมดนี้มาใส่ไว้ในกล่อง สร้างระบบ และทำในมหาสมุทรมันเป็นประสบการณ์ที่คุ้มค่าและเป็นประสบการณ์ที่คุ้มค่าสำหรับฉัน” จงยุน ฮาน ผู้เขียนอาวุโสด้านวิศวกรรมไฟฟ้า วิทยาการคอมพิวเตอร์ และวิศวกรรมชีวภาพ และเป็นสมาชิกของ Electronics Research Laboratory (RLE) กล่าว
Khan เข้าร่วมโดยนักเขียนคนแรก Jungyo Yoon, RLE Fellow, Hyukjin J. Kwon, อดีตนักวิจัยหลังปริญญาเอก, Sungku Kang, นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ Northeastern University และ Eric Braque กองบัญชาการพัฒนาความสามารถในการรบของกองทัพสหรัฐฯ (DEVCOM)การศึกษานี้ตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร Environmental Science & Technology
Yoon อธิบายว่าโรงแยกเกลือแบบพกพาเชิงพาณิชย์โดยทั่วไปต้องใช้ปั๊มแรงดันสูงเพื่อขับน้ำผ่านตัวกรอง ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะย่อขนาดโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานของยูนิต
แต่อุปกรณ์ของพวกเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่าโพลาไรเซชันความเข้มข้นของไอออน (ICP) ซึ่งกลุ่มของ Khan เป็นผู้บุกเบิกเมื่อ 10 ปีที่แล้วแทนที่จะกรองน้ำ กระบวนการ ICP จะใช้สนามไฟฟ้ากับเมมเบรนที่อยู่ด้านบนและด้านล่างของทางน้ำเมื่ออนุภาคที่มีประจุบวกหรือลบ รวมถึงโมเลกุลของเกลือ แบคทีเรีย และไวรัส ทะลุผ่านเมมเบรน พวกมันจะถูกผลักไสออกไปอนุภาคที่มีประจุจะถูกส่งไปยังกระแสน้ำสายที่สอง ซึ่งจะถูกดีดออกมาในที่สุด
กระบวนการนี้จะกำจัดของแข็งที่ละลายและแขวนลอยออก เพื่อให้น้ำสะอาดไหลผ่านช่องดังกล่าวเนื่องจากต้องใช้ปั๊มแรงดันต่ำเท่านั้น ICP จึงใช้พลังงานน้อยกว่าเทคโนโลยีอื่นๆ
แต่ ICP ไม่ได้กำจัดเกลือทั้งหมดที่ลอยอยู่ตรงกลางช่องออกเสมอไปดังนั้นนักวิจัยจึงใช้กระบวนการที่สองที่เรียกว่าอิเล็กโตรไดอะไลซิสเพื่อกำจัดไอออนของเกลือที่เหลืออยู่
Yun และ Kang ใช้แมชชีนเลิร์นนิงเพื่อค้นหาส่วนผสมที่ลงตัวของโมดูล ICP และการแยกตัวด้วยไฟฟ้าการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดประกอบด้วยกระบวนการ ICP สองขั้นตอน โดยน้ำจะผ่านหกโมดูลในระยะแรก จากนั้นผ่านสามโมดูลในระยะที่สอง ตามด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไดอะลิซิสสิ่งนี้จะช่วยลดการใช้พลังงานให้เหลือน้อยที่สุดในขณะที่ทำให้กระบวนการทำความสะอาดตัวเอง
“แม้ว่าอนุภาคที่มีประจุบางส่วนสามารถดักจับได้ด้วยเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน แต่หากพวกมันติดอยู่ เราก็สามารถกำจัดอนุภาคที่มีประจุออกไปได้อย่างง่ายดายโดยเพียงแค่เปลี่ยนขั้วของสนามไฟฟ้า” หยุนอธิบาย
พวกเขาย่อขนาดและจัดเก็บโมดูล ICP และอิเล็กโทรไดอะไลซิสเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและเพื่อให้สามารถใส่ลงในหน่วยแบบพกพาได้นักวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์สำหรับผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญเพื่อเริ่มกระบวนการแยกเกลือและทำความสะอาดอัตโนมัติด้วยอุปกรณ์เพียงเครื่องเดียวปุ่ม-เมื่อความเค็มและจำนวนอนุภาคต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด อุปกรณ์จะแจ้งเตือนผู้ใช้ว่าน้ำพร้อมดื่มแล้ว
นักวิจัยยังสร้างแอปสมาร์ทโฟนที่ควบคุมอุปกรณ์แบบไร้สายและรายงานข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับการใช้พลังงานและความเค็มของน้ำ
หลังจากการทดลองในห้องปฏิบัติการกับน้ำที่มีระดับความเค็มและความขุ่น (ความขุ่น) ที่แตกต่างกัน อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการทดสอบภาคสนามบนหาดคาร์สันในบอสตัน
ยุนและควอนวางกล่องไว้บนฝั่งแล้วหย่อนเครื่องป้อนลงในน้ำหลังจากนั้นประมาณครึ่งชั่วโมง อุปกรณ์ก็เติมน้ำดื่มสะอาดลงในถ้วยพลาสติก
“มันน่าตื่นเต้นและน่าประหลาดใจมากที่ประสบความสำเร็จแม้ในการเปิดตัวครั้งแรกก็ตามแต่ฉันคิดว่าเหตุผลหลักสำหรับความสำเร็จของเราคือการสะสมของการปรับปรุงเล็กๆ น้อยๆ ทั้งหมดนี้ที่เราได้ทำไปตลอดทาง” ข่านกล่าว
น้ำที่ได้นั้นเกินมาตรฐานคุณภาพขององค์การอนามัยโลกและการติดตั้งจะช่วยลดปริมาณของแข็งแขวนลอยได้อย่างน้อย 10 เท่าต้นแบบของพวกเขาผลิตน้ำดื่มในอัตรา 0.3 ลิตรต่อชั่วโมง และใช้พลังงานเพียง 20 วัตต์ต่อชั่วโมงต่อลิตร
Khan กล่าว หนึ่งในความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในการพัฒนาระบบแบบพกพาคือการสร้างอุปกรณ์ที่ใช้งานง่ายที่ใครๆ ก็สามารถใช้ได้
Yoon หวังว่าจะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ผ่านสตาร์ทอัพที่เขาวางแผนจะเปิดตัวเพื่อทำให้อุปกรณ์เป็นมิตรกับผู้ใช้มากขึ้น และปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ในห้องแล็บ Khan ต้องการนำบทเรียนที่ได้เรียนรู้ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมามาประยุกต์ใช้กับปัญหาคุณภาพน้ำที่นอกเหนือไปจากการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล เช่น การตรวจจับสิ่งปนเปื้อนในน้ำดื่มอย่างรวดเร็ว
“มันเป็นโครงการที่น่าตื่นเต้นอย่างแน่นอน และผมภูมิใจกับความก้าวหน้าที่เราทำมาจนถึงตอนนี้ แต่ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำ” เขากล่าว
ตัวอย่างเช่น ในขณะที่ “การพัฒนาระบบแบบพกพาโดยใช้กระบวนการเมมเบรนแบบอิเล็กโทรเป็นแนวทางดั้งเดิมและน่าสนใจสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำขนาดเล็กนอกโครงข่าย” ผลกระทบของมลพิษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากน้ำมีความขุ่นสูง อาจเพิ่มความต้องการในการบำรุงรักษาและต้นทุนด้านพลังงานได้อย่างมาก Nidal Hilal วิศวกรและผู้อำนวยการศูนย์วิจัยน้ำอาบูดาบีแห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาวิจัยกล่าว
“ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งคือการใช้วัสดุราคาแพง” เขากล่าวเสริม“คงจะน่าสนใจที่ได้เห็นระบบที่คล้ายกันโดยใช้วัสดุราคาถูก”
การศึกษาได้รับทุนบางส่วนจากศูนย์ทหาร DEVCOM, ห้องปฏิบัติการระบบน้ำและอาหารอับดุล ลาติฟ จามีล (J-WAFS), โครงการมิตรภาพหลังปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยนอร์ธอีสเทิร์นด้านปัญญาประดิษฐ์เชิงทดลอง และสถาบันปัญญาประดิษฐ์ Ru
นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการวิจัยอิเล็กทรอนิกส์ของ MIT ได้พัฒนาเครื่องทำน้ำแบบพกพาที่สามารถเปลี่ยนน้ำทะเลให้เป็นน้ำดื่มที่ปลอดภัยได้ ตามข้อมูลของ Ian Mount จาก FortuneMount เขียนว่านักวิทยาศาสตร์การวิจัย Jongyun Khan และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Bruce Crawford ก่อตั้ง Nona Technologies เพื่อทำการค้าผลิตภัณฑ์นี้
นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ “ได้พัฒนาอุปกรณ์แยกน้ำทะเลแบบลอยอิสระซึ่งประกอบด้วยเครื่องระเหยหลายชั้นที่นำความร้อนกลับมาจากการควบแน่นของไอน้ำ ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม” นีล เนล ลูอิส จาก CNN รายงาน“นักวิจัยแนะนำว่าสามารถกำหนดค่าให้เป็นแผงลอยน้ำในทะเล ส่งน้ำจืดไปยังฝั่ง หรืออาจออกแบบเพื่อรองรับครัวเรือนเดี่ยวที่ใช้ในถังเก็บน้ำทะเล” ลูอิสเขียน
นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาอุปกรณ์แยกเกลือแบบพกพาขนาดกระเป๋าเดินทางที่สามารถเปลี่ยนน้ำเกลือให้เป็นน้ำดื่มได้ที่เพียงกดปุ่มรายงาน Elisaveta M. Brandon จาก Fast Companyอุปกรณ์ดังกล่าวอาจเป็น “เครื่องมือสำคัญสำหรับผู้คนบนเกาะห่างไกล เรือบรรทุกสินค้านอกชายฝั่ง และแม้แต่ค่ายผู้ลี้ภัยใกล้ผืนน้ำ” แบรนดอนเขียน
นักข่าวมาเธอร์บอร์ด ออเดรย์ คาร์ลตัน เขียนว่านักวิจัยของ MIT ได้พัฒนา "อุปกรณ์แยกเกลือแบบพกพาแบบไร้ตัวกรอง ซึ่งใช้สนามไฟฟ้าที่สร้างจากแสงอาทิตย์เพื่อเบี่ยงเบนอนุภาคที่มีประจุ เช่น เกลือ แบคทีเรีย และไวรัส"ความขาดแคลนเป็นปัญหาที่เพิ่มขึ้นสำหรับทุกคนเนื่องจากระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นเราไม่ต้องการอนาคตที่มืดมน แต่เราต้องการช่วยให้ผู้คนเตรียมพร้อมสำหรับอนาคต”
อุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำทะเลแบบพกพาที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบพกพาใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยของ MIT สามารถผลิตน้ำดื่มได้ที่เพียงกดปุ่มอ้างอิงจากโทนี่ โฮ ทราน จาก The Daily Beast“อุปกรณ์นี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวกรองใดๆ เช่นเดียวกับเครื่องทำน้ำธรรมดา” Tran เขียนแต่กลับใช้ไฟฟ้าดูดน้ำเพื่อขจัดแร่ธาตุ เช่น อนุภาคเกลือ ออกจากน้ำ"