Bez względu na to, gdzie jesteś na świecie, profesor Karl Linden chce, abyś mógł odkręcić kran i otrzymać czystą wodę pitną. Jest to podstawowa, ale niezbędna konieczność, której wciąż brakuje na dużych obszarach Stanów Zjednoczonych oraz krajów o niskich i średnich dochodach.
„Ludzie zasługują na niezawodną, zaufaną technologię, jeśli chodzi o coś tak istotnego jak woda” - powiedział Linden, profesor ds. Zrównoważonego rozwoju w CU Boulder, obdarzony Mortensonem. „Zasoby wodne są coraz rzadsze i musimy pomyśleć o następnej generacji wydajnych i niedrogich opcji leczenia”.
Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że około 785 milionów ludzi nie ma dostępu nawet do podstawowej filtracji wody pitnej, przez co są podatni na patogeny, takie jak cholera i czerwonka. Oczekuje się, że problem będzie narastał w nadchodzących dziesięcioleciach ze względu na wzrost liczby ludności i zwiększony nacisk na dostępność wody.
W międzyczasie technologia leczenia nie zmieniła się zbytnio od ponad wieku. Filtry i środki dezynfekujące na bazie piasku lub węgla są powszechnie stosowane zarówno w obiektach komunalnych, jak iw życiu codziennym, od domowych filtrów Brita po tabletki chloru. Obie metody mają jednak swoje ograniczenia: filtracja jest kosztowna do dostarczania społecznościom wiejskim na dużą skalę, a chemikalia mogą nadawać nieprzyjemny smak.
Karl Linden przygląda się kulturom bakteryjnym w swoim laboratorium. Karl Linden sprawdza sprzęt do dezynfekcji wody pitnej U góry: Karl Linden (po lewej) bada kulturę bakteryjną wraz ze studentką Tarą Randall i współpracownikiem naukowym z tytułem doktora Ben Ma; u dołu: Linden i Randall sprawdzają narzędzia do dezynfekcji wody pitnej. (Napisy: Casey Cass)
Linden, członek Wydziału Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, który od dziesięcioleci zajmuje się uzdatnianiem wody, koncentruje się na innym rozwiązaniu: dezynfekcji ultrafioletowej. Promienie UV mogą eliminować szkodliwe patogeny, takie jak E. coli i Giardia, w skali sekund w porównaniu do minut, bez szkodliwych skutków ubocznych. I chociaż nie jest to nowy pomysł - duże miasta, takie jak Nowy Jork, już wykorzystują promieniowanie UV w swoich zakładach użyteczności publicznej, to jest on historycznie trudny do sprowadzenia do poziomu indywidualnego konsumenta.
„Promieniowanie UV istnieje od dziesięcioleci i jest stosowane w miejskim i przemysłowym uzdatnianiu wody na całym świecie, ale jego potencjał w zakresie dalszych innowacji i zastosowań został spowolniony ze względu na użycie niebezpiecznych, nieporęcznych lamp rtęciowych” - powiedział Linden. „Ale jesteśmy zainteresowani nowymi źródłami UV o unikalnej architekturze, które pozwolą nam rozwinąć tę obiecującą technologię”.
Wiejska woda
W ostatnich latach Linden i jego współpracownicy skupili się na badaniach nad diodami emitującymi światło UV, które są mniejsze (o szerokości milimetra), zwinniejsze i trwalsze. Diody UV LED można łączyć równolegle z diodami emitującymi wiele długości fali, aby umożliwić szereg usprawnionych zastosowań.
Kolejna zaleta: diody UV LED są „natychmiastowe” i nie wymagają czasu na rozgrzanie, zanim zaczną usuwać zanieczyszczenia, co pozwala użytkownikom zaoszczędzić pieniądze, uruchamiając urządzenia tylko wtedy, gdy tego potrzebują. Na przykład woda ze studni nadawała się do picia natychmiast po szybkiej obróbce promieniami UV, bez nieprzyjemnego posmaku chloru.
Linden i jego uczniowie niedawno ukończyli pierwsze w swoim rodzaju roczne badanie w Jamestown w Kolorado, porównujące dezynfekcję UV LED z zastosowaną w mieście obróbką chloru. Okazało się, że dla miasta liczącego około 500 mieszkańców bez dużej oczyszczalni wody technologia UV zapewnia równie skuteczne możliwości dezynfekcji bez dodawania chemikaliów. Nowa technologia kosztuje tylko kilka dolarów miesięcznie energii elektrycznej i może być zasilana bezpośrednio energią słoneczną.
„Systemy wiejskie na małą skalę są naturalnym miejscem, w którym można zacząć od tego” - powiedział Linden. „Mają większość przypadków naruszenia zdrowia, ponieważ zazwyczaj nie mają inżynierów i wyspecjalizowanego personelu zajmującego się uzdatnianiem wody. Mogą polegać na systemie, który nie zawsze działa poprawnie. Dlatego uważamy, że ta technologia jest świetnym rozwiązaniem, ponieważ może być obsługiwana zdalnie, autonomicznie i zasilana energią słoneczną, aby zmniejszyć pobór energii ”.
Wcześniej w tym roku Linden otrzymał nagrodę Fundacji Badań Wody im. Dr Pankaj Parekh Research Innovation Award za swoje osiągnięcia w dziedzinie rozwoju nauki o wodzie.
Leczenie, które trwa
W nadchodzących latach kolejne kroki mogą obejmować integrację diod LED UV bezpośrednio z infrastrukturą. Linden wyobraża sobie krany z diodami wbudowanymi bezpośrednio w krany, które aktywują się natychmiast po włączeniu wody. Jego grupa laboratoryjna zaczęła szukać sposobów wbudowania diod w rury, aby stworzyć ogólnosystemową sieć punktów dezynfekujących, ograniczających wzrost biofilmu w miejscach wysokiego ryzyka, takich jak szpitale.
„Naprawdę czujemy, że ta technologia jest trwała i może zrewolucjonizować tę dziedzinę” - powiedział Linden. „Chcemy współpracować bezpośrednio z większą liczbą menedżerów ds. Wody, aby przemyśleć te ulepszenia, wypróbować nowe rzeczy i ostatecznie połączyć badania z praktycznymi zastosowaniami”.
W skali całego kraju rośnie rozmach wokół tego problemu. Tej jesieni Departament Energii USA ogłosił utworzenie węzła odsalania energii i wody o wartości 100 milionów dolarów, interdyscyplinarnego partnerstwa, które skupi się na wczesnych badaniach i rozwoju w zakresie energooszczędnego i konkurencyjnego cenowo uzdatniania wody. Wysiłek będzie prowadzony przez National Alliance for Water Innovation, którego CU Boulder jest założycielem akademickim.
Linden, który będzie kierował działaniami CU Boulder w ramach Hub, mówi, że ta prestiżowa nagroda podkreśla odnowione zainteresowanie kwestią bezpieczeństwa wodnego, które zawsze było jego powołaniem.
„Czuję, że mam misję skierowania społeczeństwa na kolejną generację metod leczenia” - powiedział. „Niektóre innowacje już przyjęły się i zyskały na znaczeniu. Ale mamy tak wiele postępów w społeczeństwie i technologii, jak teledetekcja, analiza danych i monitorowanie w czasie rzeczywistym, z których jeszcze nie skorzystaliśmy w pełni w zakresie bezpieczeństwa wody ”.
Linden jest również głównym badaczem w CU Boulder's Mortenson Center w Global Engineering w ramach 5-letniego projektu Sustainable WASH Systems Learning Partnership o wartości 15,3 mln USD, który koncentruje się na utrzymaniu pomyślnego wdrażania systemów wodnych przez organizacje takie jak USAID na dłuższą metę.
„W wielu krajach o niskich dochodach widzimy, jak podłączana jest pompa ręczna lub system wodny, a leczenie zostaje skonfigurowane i działa przez chwilę, ale w końcu się psuje i postęp zostaje utracony” - powiedział Linden. „Więc dlaczego tak jest i co można z tym zrobić? Wtedy musimy spojrzeć bardziej całościowo na system, który jest dostępny do wspierania długoterminowych zrównoważonych usług wodnych, a ulepszona, zintegrowana i innowacyjna technologia, taka jak to, nad czym pracujemy w Mortenson Center, jest jednym z aspektów rozwiązania ”.
Cel końcowy? Bezproblemowe wprowadzanie rozwiązań wodnych do codziennego życia na całym świecie.
„Odkręcasz kran, woda wypływa i jest już uzdatniona i nie musisz nawet o tym myśleć” - powiedział. „To Święty Graal”.
