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Jan 29, 2024

ボタンひとつで海水から飲料水へ

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MITの研究者らは、粒子や塩分を除去して飲料水を生成できる、重さ10キログラム未満のポータブル脱塩ユニットを開発した。

スーツケースサイズのこのデバイスは、携帯電話の充電器よりも動作に必要な電力が少なく、オンラインで約50ドルで購入できる小型のポータブルソーラーパネルでも駆動できます。 世界保健機関の品質基準を超える飲料水を自動的に生成します。 このテクノロジーは、ボタンを 1 つ押すだけで実行できる、使いやすいデバイスにパッケージ化されています。

水がフィルターを通過する必要がある他のポータブル脱塩ユニットとは異なり、このデバイスは電力を利用して飲料水から粒子を除去します。 交換フィルターの必要性がなくなるため、長期的なメンテナンスの必要性が大幅に軽減されます。

これにより、小さな島々のコミュニティや海上貨物船など、遠隔地で資源が著しく制限された地域に部隊を配備できる可能性がある。 自然災害から逃れる難民や長期の軍事作戦を遂行する兵士を支援するためにも使用される可能性がある。

「これはまさに、私と私のグループが歩んできた10年間の旅の集大成です。私たちは何年にもわたって個々の淡水化プロセスの背後にある物理学に取り組んできましたが、それらすべての進歩をボックスに押し込み、システムを構築し、それを実証することに成功しました」海、それは私にとって本当に有意義でやりがいのある経験でした」と主著者であり、電気工学、コンピューターサイエンス、生物工学の教授であり、エレクトロニクス研究所 (RLE) のメンバーであるジョンユン・ハン氏は述べています。

この論文には、筆頭著者である RLE の研究員である Junghyo Yuon 氏も Han 氏に加わりました。 Hyukjin J. Kwon、元ポスドク。 SungKu Kang、ノースイースタン大学博士研究員。 そして米陸軍戦闘能力開発司令部（DEVCOM）のエリック・ブラック氏。 この研究は、Environment Science and Technology 誌にオンラインで掲載されています。

フィルターフリーテクノロジー

市販のポータブル淡水化ユニットは通常、水をフィルターに通すために高圧ポンプを必要としますが、装置のエネルギー効率を損なうことなく小型化するのは非常に困難です、とYoon氏は説明します。

代わりに、彼らのユニットは、ハン氏のグループが 10 年以上前に開発したイオン濃度分極 (ICP) と呼ばれる技術を利用しています。 ICP プロセスでは、水を濾過するのではなく、水路の上下に配置された膜に電場を加えます。 膜は、塩分子、細菌、ウイルスなどのプラスまたはマイナスに帯電した粒子が通過するときに、それらをはじきます。 荷電粒子は第 2 の水流に注ぎ込まれ、最終的に排出されます。

このプロセスでは溶解固体と浮遊固体の両方が除去され、きれいな水がチャネルを通過できるようになります。 ICP は低圧ポンプのみを必要とするため、他の技術よりも消費エネルギーが少なくなります。

しかし、ICP は常に水路の中央に浮遊するすべての塩を除去するとは限りません。 そこで研究者らは、残った塩イオンを除去するために、電気透析として知られる 2 番目のプロセスを導入しました。

Yoon と Kang は機械学習を使用して、ICP と電気透析モジュールの理想的な組み合わせを見つけました。 最適なセットアップには 2 段階の ICP プロセスが含まれており、水は第 1 段階で 6 つのモジュールを通過し、次に第 2 段階で 3 つのモジュールを通過し、その後に単一の電気透析プロセスが続きます。 これにより、プロセスの自動洗浄性を維持しながら、エネルギー使用量が最小限に抑えられました。

「一部の荷電粒子がイオン交換膜に捕捉される可能性があるのは事実ですが、捕捉された場合は、電場の極性を反転するだけで荷電粒子を簡単に除去できます」とユン氏は説明する。

ICP モジュールと電気透析モジュールを縮小して積み重ねることにより、エネルギー効率が向上し、ポータブル デバイス内に収まるようになりました。 研究者らは、ボタン 1 つで自動脱塩および精製プロセスを開始できる、非専門家向けの装置を設計しました。 塩分レベルと粒子の数が特定のしきい値まで減少すると、デバイスは水が飲用に適していることをユーザーに通知します。

研究者らは、ユニットをワイヤレスで制御し、電力消費量と水の塩分濃度に関するリアルタイムのデータを報告できるスマートフォン アプリも作成しました。

ビーチテスト

さまざまな塩分濃度と濁度（曇り度）レベルの水を使用して実験室実験を行った後、ボストンのカーソンビーチで装置をフィールドテストしました。

ユンさんとクォンさんは箱を海岸近くに置き、給餌チューブを水中に投げ入れた。 約 30 分以内に、この装置はプラスチック製の飲料カップを透明な飲料水で満たしました。

「最初の実行でも成功しましたが、それは非常にエキサイティングで驚きでした。しかし、私たちが成功した主な理由は、途中で行ったこれらすべての小さな進歩の積み重ねだと思います」とハン氏は言います。

得られた水は世界保健機関の品質ガイドラインを上回り、この装置は懸濁物質の量を少なくとも 10 分の 1 に削減しました。そのプロトタイプは 1 時間あたり 0.3 リットルの速度で飲料水を生成し、1 リットルあたりわずか 20 ワット時しか必要としません。 。

「現在、私たちはその生産速度を拡大するために研究を進めています」とYoon氏は言います。

ポータブル システムの設計における最大の課題の 1 つは、誰でも使用できる直観的なデバイスを設計することであった、とハン氏は言います。

ユン氏は、この技術を商業化するために立ち上げる予定のスタートアップを通じて、デバイスをより使いやすくし、エネルギー効率と生産率を向上させたいと考えている。

研究室では、過去 10 年間に学んだ教訓を、飲料水中の汚染物質を迅速に検出するなど、淡水化を超えた水質問題に応用したいと考えています。

「これは間違いなくエキサイティングなプロジェクトであり、これまでの進歩を誇りに思っていますが、やるべきことはまだたくさんあります。」と彼は言います。

たとえば、「電気膜プロセスを使用したポータブル システムの開発は、オフグリッドの小規模淡水化における独創的で刺激的な方向性」ですが、特に水の濁度が高い場合、汚れの影響によりメンテナンスの必要性が大幅に増加する可能性があり、工学教授であり、この研究には関与していないニューヨーク大学アブダビ水研究センター所長のニダル・ヒラル氏は、エネルギーコストを指摘する。

「もう一つの制限は、高価な材料の使用です」と彼は付け加えた。 「低コストの材料を使用した同様のシステムがあれば興味深いでしょう。」

この研究には、DEVCOM Soldier Center、Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS)、Northeastern University の実験 AI ポスドク フェローシップ プログラム、および Roux AI Institute から資金の一部が提供されました。

ジョンユン・ハン教授と研究科学者ジョンヒョー・ユンは、ボタンを押すだけで安全な飲料水を供給できる新しいポータブル脱塩装置を開発したと、メーガン・ガンとケリー・アン・レンズーリがニューズウィークに報じた。 この装置は「携帯電話の充電器よりも動作に必要な電力が少なく、世界保健機関の基準を超えるきれいな飲料水を生成する」とガン氏とレンズーリ氏は書いている。

マサチューセッツ工科大学エレクトロニクス研究所の研究者らは、海水を安全な飲料水に変えることができるポータブル脱塩装置を開発した、とイアン・マウント・フォー・フォーチュンが報告している。 研究科学者のジョンユン・ハン氏と大学院生のブルース・クロフォード氏は、この製品を商品化するためにノナ・テクノロジーズを設立した、とマウント氏は書いている。

MITの研究者らは「水蒸気が凝縮する際に発生する熱を再利用し、全体の効率を高める多層蒸発器からなる浮遊式淡水化ユニットを開発した」とCNNのネル・ルイス氏が報じている。 「研究者らは、この装置を海に浮かぶパネルとして構成し、パイプを通して淡水を海岸に届けることもできるし、海水の入ったタンクの上に設置して一世帯に供給するように設計することもできると示唆した」とルイス氏は書いている。

MITの研究者らは、ボタンを押すだけで塩水を飲料水に変えることができるスーツケースサイズのポータブル脱塩装置を開発した、とFast Companyのエリッサベタ・M・ブランドン氏は報告している。 ブランドン氏は、この装置は「離島のコミュニティ、海上の貨物船、さらには水辺にある難民キャンプにとっても重要なツール」になる可能性があると書いている。

マザーボード記者のオードリー・カールトンは、MITの研究者が「太陽エネルギーによって生成された電場を使用して、塩、バクテリア、ウイルスなどの荷電粒子を撃退するフィルターのないポータブル脱塩装置」を開発したと書いている。 研究科学者のユン・ジュンヒョン氏は、「海面上昇により、水不足があらゆる人にとって深刻な問題となっていることが、あらゆる指標からわかる。私たちは厳しい未来を望んでいるわけではないが、人々がそれに備えられるよう支援したいと考えている。」と説明している。

MITの研究者が開発した新しいポータブルな太陽光発電の淡水化装置は、ボタンを押すだけで飲料水を作ることができると、デイリービーストのトニー・ホー・トラン氏が報じている。 「この装置は、従来の淡水化装置のようなフィルターに依存しません」とトラン氏は書いています。 「代わりに、電流で水をザッピングして、水から塩の粒子などのミネラルを除去します。」

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