Seotud sisu
- See Orb-kujuline päikeseenergiaseade töötab pilves päevadel
Päikeseklaasiks kutsutud leiutis võib aidata vältida miljonite aastaste nakkuste esinemist, mis tulenevad valesti puhastatud meditsiiniseadmetest. Foto autor: Oara Neumann
Autoklaav - seade, mis genereerib auru bakterite tapmiseks ja meditsiinivarustuse steriliseerimiseks - leiutati juba 1879. aastal. Kuid 134 aastat hiljem mõjutavad valesti steriliseeritud meditsiiniseadmete tagajärjel tekkinud nakkused endiselt sadu miljoneid inimesi aastal, enamasti arengumaades. Kohtades, kus autoklaavitehnoloogiale on piiratud juurdepääs, ja ebajärjekindla toiteallikaga, tehakse paljudele inimestele endiselt operatsioone varustusega, mis sisaldab baktereid, viirusi ja muid patogeene.
Hea uudis on aga see, et selle probleemi saab peagi lahendada tänu päikeseklaasiks nimetatavale seadmele, mille töötasid välja Rice'i ülikooli Oara Neumanni ja Naomi Halase juhitud insenerirühm. Nende seade, mida kirjeldatakse täna ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences, rakendab päikese jõudu - koos konkreetsete nanoosakeste ainulaadsete omadustega - meditsiiniseadmete ja muude instrumentide desinfitseerimiseks ilma välise elektrienergia allika vajaduseta.
Teadlased polnud esimesed meeskonnad, kellel oli idee kasutada päikeseenergiat seadmete steriliseerimiseks, kuid see on esimene funktsioneeriv prototüüp, mis on läbinud standardsed FDA taseme steriliseerimistestid. Tavalised autoklaavid kasutavad auru tootmiseks elektrit, kuid see seade teeb seda, toetudes vesilahuses hajutatud metalli ja süsiniku nanoosakestele (pisikestele osakestele, mille läbimõõt on vähemalt kümme tuhat sentimeetrit).
Nanoosakeste termodünaamiliste omaduste tõttu neelavad nad energiat palju kiiremini kui ümbritsev vedelik, tekitades suure temperatuuri erinevuse, kuna peegelnõus kogub päikesevalgus ja selle soojus suunatakse lahusesse. Seejärel kandub soojus nanoosakestega külgnevatele veemolekulidele ja muundab need otse auruks. See disain võimaldab päikeseenergia muundamist auruks äärmiselt tõhusal viisil - ainult 20 protsenti energiast kulub vedeliku temperatuuri tõstmiseks ja ülejäänud 80 protsenti aitab aurusauna toota ja säilitada.
Erinevalt sellest, kui vett tavaliselt keedetakse ja auruks muudetakse, on nanoosakesed võimelised tekitama märkimisväärses koguses auru 70 kraadi Celsiuse järgi, kui lahus on ikka veel palju allpool selle keemistemperatuuri (teatav aur tekkis isegi siis, kui teadlased panid vedelikukapsli sisse jäävann, hoides seda veidi üle nulli Celsiuse kraadi). Selle tulemusel saab päikeseklaas teostada tavaliselt äärmiselt energiamahukat protsessi - meditsiiniseadmete steriliseerimist -, kasutades ainult päikeseenergia piiratud intensiivsust.
Teadlased kasutasid seda tehnoloogiat kahe omavahel seotud prototüübi tootmiseks, mis mõlemad võivad võrgus töötada. Üks on suletud ahelaga süsteem, mis on ette nähtud meditsiiniseadmete ja muude suhteliselt väikeste objektide steriliseerimiseks; teine võimaldab sisendit ja on mõeldud inimeste ja loomsete jäätmete steriliseerimiseks, et vähendada haiguste levikut, mis on arengumaades jätkuv probleem. Kui seda opereeritakse kolm korda nädalas, suudavad teadlased töödelda nelja täiskasvanud pere toodetud uriini ja väljaheiteid.
Prototüüpe testiti nende tõhususe tõttu Geobacillus stearothermophilus - seda tüüpi bakterit, mis kasvab kuumaveeallikates ja muus soojas keskkonnas ja mida on seetõttu kuumutamise teel raskem eemaldada kui enamiku teist tüüpi mikroobide puhul. Mõlemad päikeseklaasid läbisid testi, tappes 30 minuti jooksul kõik proovis olnud bakterid.
Katsetes tappis päikeseklakk tõhusalt baktereid, mis osutas sellele, et see võib meditsiiniseadmeid edukalt steriliseerida. Pilt Flickri kasutaja mynameissharsha kaudu
Kui seda tüüpi tehnoloogiat on võimalik massiliselt toota, võib see aidata oluliselt vähendada nakkuste hulka kogu maailmas. Nanoosakesi steriliseerimise käigus ei kulutata, seega saab neid tähtajatult uuesti kasutada ja iga tsükli jooksul kasutatakse suhteliselt väheses koguses vett. Teadlased püüdsid igal võimalusel kasutada ka odavaid komponente, kuid kuna seade on endiselt prototüübi staadiumis, on raske öelda, milline oleks lõplik hinnasilt.
Kuluküsimusi välistades võib päikeseklavi potentsiaalselt kasutada igasugustes olukordades, kus peamiseks piiranguks on juurdepääs elektrile. Kõige otsesemad rakendused on meditsiiniseadmete ja inimjäätmete steriliseerimine, kuid teadlased spekuleerivad, et lõpuks võiks sama tüüpi tehnoloogiat kasutada vee puhastamiseks ja bakterite leviku piiramiseks toiduainetes. Disaini märkimisväärset tõhusust auru tootmisel võiks nende sõnul kunagi kasutada isegi elektrienergia tootmisel.
