Laistykite ten, kur reikia

2004 m. daktaras Cody Friesenas išrado plokštes, kurios surenka vandenį iš oro – net ir sausringoje Arizonoje. Ir tai įvyko po to, kai jis sugalvojo, kaip pagaminti pigias ir ekologiškas įkraunamas didelės energijos baterijas.

2004 m. daktaras Cody Friesenas išrado plokštes, kurios surenka vandenį iš oro – net ir sausringoje Arizonoje. Ir tai įvyko po to, kai jis sugalvojo, kaip pagaminti pigias ir ekologiškas įkraunamas didelės energijos baterijas. Artas Holemanas





2018 m. 2004 m. mokslų daktaras Cody Friesenas keliavo per krūmą Kenijos Rifto slėnyje, kad suprastų, su kokiais pavojais susidūrė Samburu mergaičių fondo merginos, eidamos rinkti vandens.

Gelbėjimo organizacijoje gyvenančios merginos kiekvieną dieną turėdavo eiti dvi mylias – dažnai pro vyrus, kurie jas laiko nuosavybe – iki artimiausio vandens krašte, kuriame pastarąjį dešimtmetį ženklino pūslinės sausros.

Ten, ant purvinos choleros apaugusios upės kranto, Friesenas pamatė hienų ir vyrų pėdsakus, primenančius, kas gali laukti bet kurios pasilikusios merginos.



Ši scena taip pat buvo priminimas, kad maždaug 2,2 milijardo žmonių visame pasaulyje neturi saugaus geriamojo vandens, įskaitant šias pažeidžiamas Kenijos merginas, esančias 200 mylių į šiaurę nuo Nairobio.

Friesenas pašalino tą kasdienį žygį prie upės pamato teritorijoje sumontuodamas 40 įrenginių, primenančių saulės baterijas. Jis sukūrė įrenginį, kurį jis vadina šaltinio hidropaneliu, kad iš oro ištrauktų vandenį, maitinamą tik saulės energija. Tai išsprendė vandens saugumo krizę Kenijos mergaičių prieglaudoje, o Friesenas sako, kad jo prietaisas gali padaryti tą patį žmonėms visame pasaulyje, kurie neturi prieigos prie švaraus geriamojo vandens.

Kolumbijos La Guajira pusiasalyje esančios Bahia Honditos gyventojai dabar gauna vandenį iš daugybės šaltinio hidropanelių, o ne pasikliauja sūriu vandeniu iš vietinio gręžinio.



NULINĖS MASĖS VANDENS

Friesenas pirmiausia susidomėjo vandens augimu tuometiniuose gana kaimiškuose priemiesčiuose į pietryčius nuo Finikso. Vaikystėje žygiavome dykumoje, mes visada žygiavome prie vandens telkinio, pavyzdžiui, upelio ar šaltinio, sako jis. Nuo pat mažens vandens svarbos ir reikšmės vertinimas buvo tik mano gyvenimo dalis. Jam taip pat visada buvo įdomu, kaip viskas veikia, toks vaikas, kuris Kalėdų rytą suplėšė naują žaislinę mašiną ir iki pietų ją surinko iš naujo. Taigi, kaip paauglys, žygiuodamas ant medvilnės medynų ir natūralių šaltinių, jis ne tik mąstydavo apie vandens vertę, bet ir pagalvodavo apie infrastruktūrą, kuri nukeliavo nuo Kolorado upės iki Finikso metropoliteno. Jis suprato, kad esamam sprendimui yra geresnė alternatyva: užtvenkti vieną galingiausių Šiaurės Amerikos upių ir pumpuoti jos vandenį šimtus mylių.

Kai jis pradėjo studijuoti Arizonos valstijos universitete, jis pasuko į medžiagų mokslą, kurį vadina fizikos, chemijos ir mechanikos inžinerijos triefektu. Jo doktorantūros studijos MIT buvo sutelktos į plonų metalinių plėvelių savybes ir katalizės kvantinę mechaniką, susijusią su kuro elementais. 2004 m. įgijęs daktaro laipsnį, grįžo į ASU ir įstojo į Ira A. Fulton Schools of Engineering medžiagų mokslų fakultetą.

Savo naujoje laboratorijoje ASU jis atkreipė dėmesį į geresnės baterijos kūrimą. Per trejus metus Friesen sukūrė įkraunamą cinko-oro bateriją ir įkūrė startuolį „Fluidic Energy“, siekdama jį komercializuoti. Jis tai padarė naudodamas vandens iš oro hidropanelį ir 2014 m. pradėjo savo antrąją įmonę „Zero Mass Water“, siekdamas ją tobulinti, gaminti ir platinti.



Friesenas aprašo panašias kiekvieno ištakas ir atradimo kelius. Abiem atvejais jis pradėjo bandydamas suprasti, o paskui perfrazuoti didelės apimties problemas. Tada jis ieškojo būdų, kaip jas išspręsti, naudodamas medžiagas, kurios geriausiai tinka konkrečioms cheminėms ir fizinėms problemoms spręsti. Jis sako, kad tai požiūris, kuris buvo įdiegtas MIT, kur žmonės sutelkia dėmesį į sunkius iššūkius ir nuolat galvoja, kaip rasti naujų sprendimų.

Cinko-oro baterija atsirado, kai Friesenas pažvelgė į periodinę lentelę ir paklausė, kokia būtų pigiausia baterija. Tai paskatino jį galvoti apie deguonį ore kaip katodą ir cinko metalą kaip anodą. Cinko-oro baterijos egzistavo apie 100 metų, tačiau niekas nežinojo, kaip jas įkrauti. Jie iškrauna cinke sukauptą energiją, veikdami jį oro deguonimi, sukurdami cinko oksidą ir išskirdami elektronus. Tačiau įkraunant bateriją ant anodo paviršiaus kaupiasi smailūs cinko kristalai arba dendritai, todėl jo neįmanoma įkrauti daugiau nei kelis kartus. Norėdamas išspręsti dendrito problemą, Friesenas sukūrė sluoksniuotus nikelio pastolius su įvairių dydžių skylėmis; sluoksniams būdingos skirtingos elektrinės savybės. Cinkas padengiamas ant pastolių, kurie vėliau veikia kaip akytas anodas, o kalio hidroksido ir joninių skystų priedų mišinys yra elektrolitas. Kai įkrovimo ir iškrovimo metu elektrolitas praeina per anodą, šis mišinys veikia su poromis ir sluoksniuota struktūra, kad išvengtų dendritų susidarymo ir kaupimosi. Dėl to baterijos gali būti įkraunamos pakartotinai ir yra sukurtos taip, kad tarnautų daugiau nei 10 metų.

Prietaisas pažymėjo visus langelius. Jis buvo pastatytas iš pigių, netoksiškų ir gausiai prieinamų žaliavų. Be to, jis galėtų sukaupti daugiau energijos nei ličio jonų akumuliatorius už daug mažesnę kainą – potencialiai vos 10 USD už kilovatvalandę.



Friesen baterijos gali išlaikyti maitinimą 12 valandų ar ilgiau per ilgesnį elektros energijos tiekimo nutraukimą. Teritorijose, kuriose nėra prieigos prie tinklo, jie gali būti įkraunami saulės baterijomis ir naudojami energijai tiekti. Šis išradimas paskatino MIT Technology Review įtraukti jį į 2009 m. TR35 sąrašą, pripažįstantį išskirtinius novatorius iki 35 metų.

2018 m. „Fluidic Energy“ nusipirko chirurgas ir medicinos verslininkas Patrick Soon-Shiong ir tapo „NantEnergy“. Bendrovė teigia aprūpinusi elektra 200 000 žmonių Afrikos kaimo vietovėse ir nurodo demonstracinį projektą Madagaskare, kur trys ketvirtadaliai gyventojų neturi elektros. Nors praėjusį rudenį ji atleido pusę savo darbuotojų, „NantEnergy“ pranešė praėjusiais metais įdiegusi 3 000 sistemų devyniose šalyse ir teigia, kad ji suteikė atsarginės energijos per daugiau nei milijoną valandų ilgų elektros energijos tiekimo nutraukimų.

Kai cinko-oro baterija buvo perkelta iš laboratorijos į rinką, Friesenas jau dirbo prie kito didelio iššūkio. Nuo 2010 m. jis norėjo sukurti įrenginį, kuris galėtų gaminti švarų vandenį ten, kur jo reikia, ir tam naudoti tik laisvai prieinamus išteklius ir atsinaujinančią energiją.

Jis suprato, kad ore yra daug drėgmės. Iššūkis buvo, kaip jį efektyviai išgauti ir pristatyti. Iki 2014 m. Friesenas tobulino veikiantį prototipą savo ASU laboratorijoje Tempe.

Šiandien Source hidropanelis atrodo kaip stora saulės baterija, kurios matmenys yra aštuonios pėdos x 4 pėdos x penki coliai ant pagrindo su rezervuaru; viskas pasakyta, kad jis yra maždaug trijų pėdų aukščio ir sveria apie 300 svarų. Įrenginys naudoja saulės energija varomus ventiliatorius, kad įtrauktų orą į vidų, kur vandens garai adsorbuojami ant patentuotos higroskopinės medžiagos – sausiklio, kurį Friesen sukūrė nanoskalėje, kad maksimaliai padidintų jo gebėjimą pritraukti vandenį, nepakenkiant jo gebėjimui išleisti vandenį, susikaupusį ant jo. paviršius. Prietaiso saulės šiluminės plokštės sugaunama šiluma padidina vandens garų slėgį, todėl higroskopinė medžiaga jį išskiria. Tai padidina specifinę vandens garų drėgmę įrenginio viduje, pakeldama rasos tašką virš aplinkos temperatūros, todėl nereikia vėsinti garų, kad jie kondensuotųsi – net ir sausringoje aplinkoje. Friesenas šį procesą vadina pasyvia kondensacija. Iš ten vanduo telkiasi 30 litrų talpos bakelyje įrenginio apačioje. Į higroskopines medžiagas daug kartų per dieną įsiurbiamas ir išleidžiamas naujas vanduo.

Higroskopinė medžiaga efektyviai pritraukia tik vandens molekules, todėl derinami adsorbcijos ir pasyviosios kondensacijos procesai nuosekliai užtikrina didelio grynumo vandenį. Teoriškai net iš užteršto oro surinktas vanduo yra grynas, sako Friesenas, kuris priduria, kad visi iki šiol atlikti bendrovės matavimai tai patvirtina. Vanduo talpykloje reguliariai apdorojamas ozonu, kad būtų išvengta mikrobų dauginimosi, o prieš patekdamas į dozatorių praleidžiamas per kalcio ir magnio kasetes, kad pagerintų skonį.

Saulės energija varomi jutikliai padeda optimizuoti hidropanelio veikimą matuodami aplinkos oro temperatūrą, saulės energijos intensyvumą ir santykinę drėgmę, pateikdami šiuos duomenis į algoritmą, kuris dinamiškai valdo ventiliatorių pritraukimo į įrenginį greitį. Saulės energija varomi belaidžiai siųstuvai taip pat siunčia tiesioginius duomenis į debesų duomenų bazę, todėl „Zero Mass Water“ gali stebėti visas sumontuotas plokštes. Įmonės tinklo operacijų centras paprastai gali išspręsti funkcines problemas su komandomis ir programavimu; jei aptinkama priežiūros problema, centras gali susisiekti su vietiniais partneriais, kad tai išspręstų.

Friesenas sako, kad galutinis tyrimo rezultatas neturėtų būti publikacija. Akademija – tai naujų žinių kūrimas ir tų žinių pavertimas praktiniu pritaikymu.

Kiekvienas hidropanelis gali pagaminti iki penkių litrų geriamojo vandens per dieną, priklausomai nuo debesuotumo ir drėgmės. Vietose, kur mažai saulės šviesos arba mažai drėgmės, plokštės yra mažiau efektyvios. Tačiau Friesenas sako, kad du įrenginiai ant jo Arizonos namų stogo aprūpina pakankamai geriamojo vandens jo keturių ir dviejų Veimaraniečių šeimai vietoje, kur vidutiniškai 110 dienų triženklė temperatūra ir daugiau nei septynis mėnesius vienženklė drėgmė. Vanduo negali būti gaminamas esant užšalimo sąlygoms, tačiau tai riboja hidropanelių naudingumą žiemos klimato sąlygomis.

„Zero Mass Water“ prasidėjo 2014 m. buvusioje „Volvo“ atstovybėje. Praėjusių metų pabaigoje darbininkai kabino lenteles virš įėjimo į naują būstinę – atokiai uždarytą pramoninį pastatą, esantį už kelių mylių į pietus Tempe. Bendrovė pritraukė 65 mln. USD rizikos kapitalo ir įrengė plokštes 37 šalyse – džiunglėse ir dykumose. Šaltinio skydai aprūpino vandenį vyriausybinėse įstaigose, viešbučiuose, ligoninėse, mokyklose ir restoranuose, taip pat Sirijos pabėgėlių stovyklose, Puerto Rike po uragano Maria ir mergaičių fondui Kenijoje.

Tačiau prietaisai yra brangūs; kiekvienas hidropanelis kainuoja 2500 USD, o dviejų masyvo įrengimas gali kainuoti iki 6500 USD. Siekdamas pažangos siekdamas savo vizijos aprūpinti vandenį kiekvienam žmogui visose vietose, Friesenas turės sumažinti išlaidas. (Iki šiol daugelis įrenginių buvo finansuojami iš vyriausybių, fondų ir nevyriausybinių organizacijų dotacijų.) Tuo tarpu jis neseniai paskelbė, kad bendrovė diegia perpus mažesnį įrenginį, kurio plotą lengviau integruoti su gyvenamosiomis saulės baterijomis. Jis sako, kad saulės PV prireikė dešimtmečių, kad pasiektų dabartinį ekonomiškumą ir efektyvumą. Vos per penkerius metus mums pavyko atspindėti šį augimą ir einame į trajektoriją, kad šaltinio vanduo būtų prieinamas labai sutrumpintu laiko intervalu.

„Zero Mass Water“ šiomis dienomis užima didžiąją dalį Frieseno laiko, tačiau jis lieka ne visą darbo dieną dirbančiu docentu ir vyresniuoju tvarumo mokslininku ASU Tvarumo institute.

Friesenui, kuris JAV gamybos taryboje dirbo dvi kadencijas per Obamos administraciją, iki šiol buvo suteikti 63 patentai, o praėjusį rudenį jis laimėjo 2019 m. Lemelson-MIT prizą už išradimą. 500 000 USD prizas, kuriuo pagerbiami išradėjai, kurių darbai žada pagerinti pasaulį, atspindėjo jo darbą kuriant cinko-oro bateriją ir hidropanelį. Aš vis dar gniuždau save, sako Friesenas, kuris didžiąją pinigų dalį naudoja hidropaneliams įrengti Bahia Hondita, Kolumbijos kaime, kuriame labai trūksta geriamojo vandens. Įrengimo vietą jis pasirinko paskambinęs draugui iš „Conservation International“ ir paklausęs, kurioje vietoje pagalbos labiausiai reikia.

Gary Dirksas, ASU Global Futures Lab vyresnysis direktorius, nesistebi, kaip jo kolega išleidžia piniginius prizus, nes Friesenas taip pat įsteigė stipendijas jauniems verslininkams universitete paremti. Jiedu susitiko, kai Friesenas atliko hidropanelio beta testavimą, o Dirksas sutiko skirti dotacijų pinigus projektui. Jis yra labai sumanus serijinis verslininkas ir serijinis išradėjas. Būtent tai jam patinka daryti ir jis mėgsta imtis tikrai didelių dalykų, sako Dirksas, apibūdinantis Frieseną kaip žmogų, vykdantį misiją.

Friesenas sako, kad galutinis [tyrimo] rezultatas neturėtų būti publikacija. Akademija yra naujų žinių kūrimas ir apie tų žinių vertimą – jų kelionę iš laboratorijos į praktinius pritaikymus, kurie gali pagerinti žmonių gyvenimą.

Dirksas sako, kad tai nėra gerai surepetuotas, nušlifuotas pardavėjas: jį motyvuoja didelės pasaulio problemos.

paslėpti