एमआईटी इंजीनियरों और सहयोगियों ने सौर ऊर्जा से चलने वाली एक मशीन विकसित की अलवणीकरण ऐसा उपकरण जो अन्य डिज़ाइनों में नमक जमा होने की समस्या से बचाता है।
एमआईटी और चीन के इंजीनियरों का लक्ष्य समुद्र से प्रेरित और सूर्य द्वारा संचालित एक पूरी तरह से निष्क्रिय उपकरण के साथ समुद्री जल को पीने के पानी में बदलना है।
एक झुका हुआ दस-चरण अलवणीकरण प्रणाली प्रोटोटाइप एक "नाव-जैसे" जलाशय में स्थित है। छवि क्रेडिट: जिंतोंग गाओ और झेनयुआन जू/एमआईटी
जर्नल में छपने वाले एक पेपर में जूल, टीम एक नई सौर अलवणीकरण प्रणाली के लिए डिज़ाइन की रूपरेखा तैयार करती है जो खारे पानी को लेती है और इसे प्राकृतिक सूर्य के प्रकाश से गर्म करती है।
अलवणीकरण उपकरण का विन्यास पानी को समुद्र के बहुत बड़े "थर्मोहेलिन" परिसंचरण की तरह, घूमते हुए भंवरों में प्रसारित करने की अनुमति देता है। यह परिसंचरण, सूर्य की गर्मी के साथ मिलकर, पानी को वाष्पित कर देता है, जिससे नमक पीछे रह जाता है। परिणामी जलवाष्प को फिर संघनित किया जा सकता है और शुद्ध, पीने योग्य पानी के रूप में एकत्र किया जा सकता है।
इस बीच, बचा हुआ नमक सिस्टम को जमा करने और अवरुद्ध करने के बजाय डिवाइस के अंदर और बाहर फैलता रहता है।
नई अलवणीकरण प्रणाली में वर्तमान में परीक्षण किए जा रहे अन्य सभी निष्क्रिय सौर अलवणीकरण अवधारणाओं की तुलना में उच्च जल-उत्पादन दर और उच्च नमक-अस्वीकृति दर है।
शोधकर्ताओं का अनुमान है कि यदि सिस्टम को एक छोटे सूटकेस के आकार तक बढ़ाया जाए, तो यह प्रति घंटे लगभग 4 से 6 लीटर पीने का पानी पैदा कर सकता है और प्रतिस्थापन भागों की आवश्यकता होने से पहले कई वर्षों तक चल सकता है। इस पैमाने और प्रदर्शन पर, सिस्टम ऐसी दर और कीमत पर पीने के पानी का उत्पादन कर सकता है जो नल के पानी से सस्ता है।
प्राकृतिक धूप के तहत प्रोटोटाइप का बाहरी परीक्षण। छवि क्रेडिट: जिंतोंग गाओ और झेनयुआन जू/एमआईटी
एमआईटी की डिवाइस रिसर्च लेबोरेटरी के शोध वैज्ञानिक लेनन झांग कहते हैं, "पहली बार, सूरज की रोशनी से पैदा होने वाला पानी नल के पानी से भी सस्ता होना संभव है।"
टीम की कल्पना है कि एक उन्नत अलवणीकरण उपकरण निष्क्रिय रूप से एक छोटे परिवार की दैनिक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त पेयजल का उत्पादन कर सकता है। यह प्रणाली ऑफ-ग्रिड, तटीय समुदायों को भी आपूर्ति कर सकती है जहां समुद्री जल आसानी से पहुंच योग्य है।
झांग के अध्ययन के सह-लेखकों में एमआईटी स्नातक छात्र यांग झोंग और इंजीनियरिंग के फोर्ड प्रोफेसर एवलिन वांग के साथ-साथ चीन में शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय के जिंटोंग गाओ, जिनफैंग यू, झान्यू ये, रूझू वांग और झेनयुआन जू शामिल हैं।
एक शक्तिशाली संवहन
टीम की नई अलवणीकरण प्रणाली उनमें सुधार लाती है पिछला डिज़ाइन - कई परतों की एक समान अवधारणा, जिसे चरण कहा जाता है। प्रत्येक चरण में एक बाष्पीकरणकर्ता और एक कंडेनसर होता है जो आने वाले पानी से नमक को निष्क्रिय रूप से अलग करने के लिए सूर्य से गर्मी का उपयोग करता है।
वह डिज़ाइन, जिसे टीम ने एमआईटी भवन की छत पर परीक्षण किया, ने कुशलतापूर्वक सूर्य की ऊर्जा को वाष्पित पानी में परिवर्तित कर दिया, जिसे बाद में पीने योग्य पानी में संघनित किया गया।
लेकिन जो नमक बचा था वह तेजी से क्रिस्टल के रूप में जमा हो गया जिसने कुछ दिनों के बाद सिस्टम को अवरुद्ध कर दिया। वास्तविक दुनिया की सेटिंग में, उपयोगकर्ता को बार-बार चरण लगाने होंगे, जिससे सिस्टम की कुल लागत में उल्लेखनीय वृद्धि होगी।
एक अनुवर्ती प्रयास में, वे एक समाधान तैयार किया समान स्तरित विन्यास के साथ, इस बार एक अतिरिक्त सुविधा के साथ जो आने वाले पानी के साथ-साथ किसी भी बचे हुए नमक को प्रसारित करने में मदद करता है। जबकि इस डिज़ाइन ने नमक को उपकरण पर जमने और जमा होने से रोका, इसने अपेक्षाकृत कम दर पर पानी को अलवणीकृत किया।
नवीनतम पुनरावृत्ति में, टीम का मानना है कि यह एक अलवणीकरण प्रणाली डिजाइन पर उतरा है जो उच्च जल-उत्पादन दर और उच्च नमक अस्वीकृति दोनों को प्राप्त करता है, जिसका अर्थ है कि प्रणाली एक विस्तारित अवधि के लिए जल्दी और विश्वसनीय रूप से पीने के पानी का उत्पादन कर सकती है।
उनके नए डिज़ाइन की कुंजी उनकी दो पिछली अवधारणाओं का संयोजन है: बाष्पीकरणकर्ताओं और कंडेनसर की एक बहुस्तरीय प्रणाली, जिसे प्रत्येक चरण के भीतर पानी - और नमक - के परिसंचरण को बढ़ावा देने के लिए भी कॉन्फ़िगर किया गया है।
जू कहते हैं, "हम अब और भी अधिक शक्तिशाली संवहन पेश करते हैं, जो कि हम आम तौर पर समुद्र में किलोमीटर-लंबे पैमाने पर देखते हैं।"
टीम की नई प्रणाली में उत्पन्न छोटा परिसंचरण समुद्र में "थर्मोहेलिन" संवहन के समान है - एक ऐसी घटना जो समुद्र के तापमान ("थर्मो") और लवणता ("हैलाइन") में अंतर के आधार पर दुनिया भर में पानी की गति को बढ़ाती है। ).
“जब समुद्री जल हवा के संपर्क में आता है, तो सूरज की रोशनी पानी को वाष्पित कर देती है। एक बार जब पानी सतह से निकल जाता है, तो नमक शेष रह जाता है। और नमक की सघनता जितनी अधिक होगी, तरल पदार्थ उतना ही सघन होगा, और यह भारी पानी नीचे की ओर बहना चाहता है," झांग बताते हैं।
"एक छोटे बक्से में इस किलोमीटर-चौड़ी घटना की नकल करके, हम नमक को अस्वीकार करने की इस सुविधा का लाभ उठा सकते हैं।"
दोहन बाहर
टीम के नए डिज़ाइन का केंद्र एक एकल चरण है जो एक पतले बक्से जैसा दिखता है, जिसके शीर्ष पर एक गहरे रंग की सामग्री होती है जो सूर्य की गर्मी को कुशलता से अवशोषित करती है। अंदर, बॉक्स को ऊपर और नीचे के खंड में विभाजित किया गया है।
पानी ऊपरी आधे हिस्से से बह सकता है, जहां छत पर एक बाष्पीकरणकर्ता परत लगी होती है जो सीधे संपर्क में आने वाले किसी भी पानी को गर्म करने और वाष्पित करने के लिए सूर्य की गर्मी का उपयोग करती है। फिर जलवाष्प को बॉक्स के निचले आधे हिस्से में फ़नल किया जाता है, जहां एक संघनक परत वाष्प को नमक-मुक्त, पीने योग्य तरल में ठंडा करती है।
शोधकर्ताओं ने पूरे बॉक्स को एक बड़े, खाली बर्तन के भीतर एक झुकाव पर सेट किया, फिर बॉक्स के शीर्ष आधे हिस्से से एक ट्यूब को बर्तन के नीचे से जोड़ा, और बर्तन को खारे पानी में तैराया।
इस विन्यास में, पानी स्वाभाविक रूप से ट्यूब के माध्यम से और बॉक्स में जा सकता है, जहां बॉक्स का झुकाव, सूर्य से तापीय ऊर्जा के साथ मिलकर, पानी को बहते समय घूमने के लिए प्रेरित करता है। छोटी-छोटी भंवरें पानी को ऊपरी वाष्पीकरण परत के संपर्क में लाने में मदद करती हैं, साथ ही नमक को जमने और अवरुद्ध होने के बजाय प्रवाहित करती रहती हैं।
टीम ने एक, तीन और 10 चरणों के साथ इस अलवणीकरण उपकरण के कई प्रोटोटाइप बनाए, और प्राकृतिक समुद्री जल और सात गुना अधिक खारे पानी सहित विभिन्न लवणता वाले पानी में उनके प्रदर्शन का परीक्षण किया।
इन परीक्षणों से, शोधकर्ताओं ने गणना की कि यदि प्रत्येक चरण को एक वर्ग मीटर तक बढ़ाया जाए, तो यह प्रति घंटे 5 लीटर तक पीने के पानी का उत्पादन करेगा, और यह प्रणाली कई वर्षों तक नमक जमा किए बिना पानी को अलवणीकृत कर सकती है।
इस विस्तारित जीवनकाल को देखते हुए, और यह तथ्य कि सिस्टम पूरी तरह से निष्क्रिय है, इसे चलाने के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं है, टीम का अनुमान है कि सिस्टम को चलाने की कुल लागत संयुक्त राज्य अमेरिका में नल के पानी का उत्पादन करने की लागत से सस्ती होगी।
झोंग कहते हैं, "हम दिखाते हैं कि यह उपकरण लंबा जीवनकाल हासिल करने में सक्षम है।" “इसका मतलब है कि, पहली बार, सूरज की रोशनी से उत्पन्न पीने का पानी नल के पानी से सस्ता होना संभव है। इससे वास्तविक दुनिया की समस्याओं के समाधान के लिए सौर अलवणीकरण की संभावना खुल जाती है।"
"यह एक बहुत ही अभिनव दृष्टिकोण है जो अलवणीकरण के क्षेत्र में प्रमुख चुनौतियों को प्रभावी ढंग से कम करता है," गुइहुआ यू कहते हैं, जो ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय में स्थायी जल और ऊर्जा भंडारण प्रणाली विकसित करते हैं, और अनुसंधान में शामिल नहीं थे।
“यह डिज़ाइन उच्च लवणता वाले पानी से जूझ रहे क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से फायदेमंद है। इसका मॉड्यूलर डिज़ाइन इसे घरेलू जल उत्पादन के लिए अत्यधिक उपयुक्त बनाता है, जिससे व्यक्तिगत जरूरतों को पूरा करने के लिए स्केलेबिलिटी और अनुकूलनशीलता की अनुमति मिलती है।
जेनिफर चू द्वारा लिखित
