【環保科技】MIT研便攜海水化淡器 小型太陽能板驅動
▲ 裝置是利用電力去除海水中的懸浮物,將海水轉化為食用淡水,省卻安裝和更換過濾器的步驟。(MIT)
海水化淡裝置常用於偏遠和資源嚴重受限的地區,例如島上社區和航海貨船,以及用於援助難民或執行長期軍事行動的士兵。不過,這種裝置需要經常更換過濾器作長期維護,帶來高額成本問題。
有大學研究人員開發了一套毋須安裝過濾器、只需要使用小量電力,就能進行海水化淡的便攜式裝置。
這款便攜式海水化淡器,由麻省理工學院(MIT)電子工程和電腦科學教授Jongyoon Han領導的研究團隊開發,它只有一個手提箱大、重量不到10公斤,所需電力比手機還要少,可由小型的便攜式太陽能電池板驅動。
電力去除懸浮物 不用高壓泵
該裝置是利用電力去除海水中的懸浮物,將海水轉化為食用淡水,省卻安裝和更換過濾器的步驟,大大降低了長期維護的要求,而且只需按下一個按鈕就可運行,非常方便易用。
便攜式海水化淡器能將海水中懸浮物的數量至少減少到十分之一,所產生的飲用水質量,優於世界衞生組織(WHO)的準則要求。此外,該裝置能以每小時0.3升的速度產生飲用水,而每升只需要20瓦的功率。
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現今的海水淡化裝置通常需要高壓泵將海水灌入過濾器,才能進行化淡,但Jongyoon Han指出,使用高壓泵對裝置的空間要求頗大,這很難在不影響設備能源效益的情況下實現小型化。
於是其團隊開發了「離子濃度極化」(Ion Concentration Polarization,ICP)技術,來取代高壓泵及過濾器。ICP的過程不是過濾海水,而是將電場作用於放置在水槽上方和下方的「離子交換膜」(Ion Exchange Membrane)。
當海水中帶有正電或負電的粒子(包括鹽分子、細菌和病毒)流過時,薄膜就會將它們排斥在外,然後,這些帶電粒子會被輸送到第二道水流並排出。以上過程也能同時去除溶解和懸浮固體,但只需要一個低壓泵,所以ICP比其他技術所需要的能源更少。
不過,ICP的過程並不能完全去除漂浮在渠道中間的所有鹽份,所以他們加入了第二個過程--電滲析(Electrodialysis),來去除剩餘的鹽離子。
利用機器學習 製作最佳組合
研究團隊利用機器學習(Machine Learning)找到ICP和電滲析模塊的理想組合,其最佳設置包括一個兩階段的ICP過程,水會在第一階段流經6個模塊,然後在第二階段流經3個模塊,接着是一個電滲析過程。這最大限度地減少了能源使用,同時確保該過程能保持「自清潔」(Self-cleaning)效果。
Jongyoon Han表示,縮小並堆疊ICP和電滲析模塊,可提高裝置的能源效率,也使它們能夠裝入便攜式設置之中。
他強調:「這裝置是為非專業人士設計,只需一個按鈕即可啟動自動脫鹽過程。一旦水的鹽度和懸浮物數量減少到特定的水平,就會通知用戶可以飲用。」
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記者:陳卓賢