دستگاه سیّاری که آب شور دریا را شیرین می‌کند

دستگاه نمک‌زدا یا اصطلاحا آب‌شیرین‌کن سیار ام‌آی‌تی تقریبا هم‌اندازه چمدان است، کمتر از تلفن همراه برق مصرف می‌کند و می‌تواند برق موردنیازش را صفحه خورشیدی سیار نیز تامین کند. کیفیت آبی که این دستگاه تولید می‌کند، از حد استانداردهای سازمان جهانی بهداشت نیز فراتر است. استفاده از دستگاه نیز آسان است و با فشردن یک دکمه به‌کار می‌افتد.

سایر دستگاه‌های سیّار نمک‌زدا برای تصفیه آب معمولا آن‌را از فیلترهای مخصوصی عبور می‌دهند. اما وسیله جدیدی که پژوهشگران ام‌آی‌تی ساخته‌اند، ذرات ناخالص را با کمک نیروی برق از آب آشامیدنی می‌زداید و لذا از تعویض فیلتر بی‌نیاز است و این ویژگی، نگهداری آن‌را تسهیل می‌کند.

به‌کارگیری این‌گونه تصفیه‌گرها در جاهایی مثل کشتی‌های باربری و جزایر کوچک غیرمسکونی که به آب سالم دسترسی مستقیم ندارند، ضروری به‌نظر می‌رسد. «جونگ‌یون هان»، استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر و نیز مهندسی زیست‌شناسی دانشگاه ام‌آی‌تی می‌گوید، این وسیله حاصل تلاش 10 ساله او و گروهش است.  

آب‌شیرین‌کن بی‌نیاز از فیلتر

دستگاه‌های فعلی آب‌شیرین‌کن سیّار، معمولا پمپ پرفشاری دارند که آب را از فیلترها می‌گذرانند و بدین‌وسیله ناخالصی را از آب جدا می‌کنند. چنین دستگاه‌هایی را نمی‌توان خیلی کوچک و جمع‌وجور ساخت.

اما آب‌شیرین‌کن سیّار ام‌آی‌تی برای نمک‌زدایی از شیوه‌ای بهره می‌برد که به‌آن قطبی شدن غلظت یون یا اصطلاحا ICP (مخفف Ion Concentration Polarization) می‌گویند که گروه «هان» بیش از 10 سال قبل بدان دست یافتند. در این شیوه به‌جای آن‌که آب را از صافی عبور دهند، به غشاء‌ها یا پرده‌های موجود در بالا و پایین مجرای آب، میدان الکتریکی اعمال می‌شود. غشا‌ء‌ها ذرات باردار مثبت یا منفی از جمله مولکول‌های نمک، باکتری‌ها و ویروس‌ها را پس می‌زنند. ذرات باردار از مجرای آب دیگری هم می‌گذرند تا سرانجام بار الکتریکی‌شان را از دست می‌دهند.

این فرآیند، هم ذرات جامد حلال و هم معلق موجود در آب را می‌زداید تا فقط آب تمیز از مجرا عبور کند. چون این دستگاه فقط پمپ کم‌فشار لازم دارد، در مقایسه با شیوه‌های دیگر انرژی کمتری مصرف می‌کند.

اما ICP نمی‌تواند همیشه تمام نمک‌های شناور در مجرای میانی دستگاه را جدا ‌کند. لذا محققان فرآیند دومی را هم به‌کار گرفتند که به‌آن الکترودیالیز می‌گویند. یعنی دستگاه طی دومرحله آب را تصفیه می‌کند تا یون‌های نمکی باقی‌مانده از مرحله نخست، در مرحله دوم زدوده شوند.

«یون» و «کانگ» از اعضای گروه مربوطه، برای این‌که بدانند بهترین روش ترکیب ماژول‌های ICP و الکترودیالیز چیست، از یادگیری ماشین بهره بردند. آن‌ها نهایتا از شیوه ICP دومرحله‌ای استفاده کردند. طی مرحله اول آب درون 6 ماژول و در مرحله دوم درون 3 ماژول جریان می‌یابد و سرانجام الکترودیالیز انجام می‌شود. بدین‌سان مصرف انرژی به حداقل کاهش می‌یابد و پاک‌سازی آب نیز خودکار انجام می‌شود.

آن‌ها ماژول‌های ICP و الکترودیالیز را کوچک‌سازی و ادغام کردند تا مصرف انرژی بهینه شود و ضمنا بتوانند این فناوری را در قالب دستگاهی سیار پیاده‌سازی کنند. استفاده از این نمک‌زدای سیار تخصص لازم ندارد، زیرا فرآیند نمک‌زدایی و تصفیه آب با فشردن یک دکمه شروع می‌شود. وقتی میزان نمک‌زدایی و شمار ذرات موجود در آب به حد مقبول می‌رسد، دستگاه به کاربر اطلاع می‌دهد که آب قابل آشامیدن است.

ضمنا محققان اپلیکیشنی هم طراحی کردند تا بتوان دستگاه را با گوشی و به‌صورت بی‌سیم نیز هدایت کرد و داده‌های مربوط به میزان مصرف برق و میزان نمک آب، نیز بی‌درنگ گزارش شود.

آزمایش دستگاه نمک‌زدا یا آب‌شیرین‌کن سیار 

محققان پس از بررسی‌های آزمایشگاهی، دستگاه را در محیط واقعی نیز آزمودند. آن‌ها دستگاه را به نزدیک ساحل دریا بردند و لوله را درون آب انداختند. دستگاه توانست طی تقریبا نیم‌ساعت، یک فنجان آب تمیز آشامیدنی تحویل دهد.

این پیش‌نمونه هر ساعت تقریبا 0.3 لیتر آب آشامیدنی تحویل می‌دهد و برای تامین هر لیتر آب تمیز فقط 20 وات برق مصرف می‌کند.

پژوهشگران اکنون می‌کوشند حجم آب تولیدی دستگاه را افزایش دهند. یکی از بزرگترین چالش‌های آن‌ها در طراحی این سامانه سیار، آسان‌سازی کار با آن بود.