Разработка южнокорейских инженеров – это портативный очиститель воды, использующий статическое электричество, которое образуется на поверхности кожи. Для накопления достаточного количества энергии для функционирования устройства достаточно всего 10 минут ходьбы. Подобное устройство может оказаться особенно ценным при возникновении чрезвычайных ситуаций или в тех районах, где отсутствует доступ к чистой воде и электроэнергии.
В странах с самым низким уровнем развития наблюдается серьезная нехватка питьевой воды. Согласно информации, предоставленной ООН, около двух миллиардов человек во всем мире не имеют доступа к качественной воде (пьют недостаточно чистую), а еще больше людей живут в условиях, в которых нет даже элементарной санитарно-гигиенической инфраструктуры.
Решение проблемы обеспечения населения питьевой водой включает в себя обеззараживание, или дезинфекцию. Провести её можно различными методами: от кипячения в домашних условиях до промышленных способов, таких как озонирование и хлорирование. Однако, как правило, эти процессы требуют затрат энергии, а для масштабной дезинфекции – ещё и сложных, дорогостоящих модульных конструкций. В малообеспеченных странах, где доступ к электроэнергии ограничен, внедрение необходимых для обеззараживания технологий затруднено.
Устройства для очистки воды, не требующие электропитания и обладающие портативностью, уже давно разрабатываются инженерами из разных стран. Очевидные достоинства таких приборов включают в себя их доступность, малый вес и возможность постоянного ношения.
Команда ученых из Южной Кореи и Китая во главе с Санг Ву Кимом (Sang-Woo Kim) из Университета Ёнсе разработала такой прибор. В статье они представили своего портативного очистителя, опубликованной в журнале Nature Water.
Ким и его соавторы использовали многоразовую бутылку для воды объемом 500 миллилитров, поместив внутрь нее электрод из неметалла с наностержнями из проводящего полимера – полипиррола. Эти наностержни служат для концентрации электростатических зарядов, которые «накапливаются» на теле человека при ходьбе, формируя электрические поля. Сила этих полей достаточна для уничтожения бактерий и вирусов или для сведения их концентрации до безопасного уровня.
Инженеры закрепили небольшой фрагмент алюминиевой фольги на внешней поверхности бутылки. Этот элемент предназначен для улавливания статического электричества с кожи человека и последующей передачи его по медному проводу. Энергия, собранная фольгой, направляется к расположенному внутри бутылки электроду.
В ходе эксперимента было установлено, что устройство эффективно дезинфицирует речную воду, загрязненную бактериями и вирусами, всего за 10 минут работы, а в некоторых случаях и быстрее, если человек, использующий бутылку, увеличит темп ходьбы. Это свидетельствует о том, что для обеспечения необходимой энергии прибору достаточно 10-минутной прогулки.
Авторы исследования подчеркивают, что на формирование электростатического заряда, возникающего при трении обуви о землю, существенное воздействие оказывает материал, из которого она изготовлена. Например, обувь из поликарбоната, резины и поливинилхлорида (ПВХ) демонстрирует более высокую эффективность накопления заряда, чем кожаная. Помимо этого, влажная среда, в частности дождь, уменьшает эффективность работы устройства. Чем выше влажность, тем меньше накапливается статического электричества.
Разработчики сообщают, что стоимость одного портативного очистительного прибора составит примерно два доллара и меньше.
«Наш прибор не нуждается в батарейках, электрических розетках и вилках. Он может оказаться особенно полезным не только в местах, где люди регулярно испытывают дефицит чистой воды, но и там, где отсутствует стабильное электроснабжение. К примеру, он может быть востребован среди жителей территорий, пострадавших от природных катастроф или затронутых вооруженными столкновениями», — пояснил Ким.
В настоящее время инженеры разрабатывают способ оптимизации производства наностержней. Ким и его соавторы заявили, что в перспективе они планируют представить к продаже коммерчески успешную модель своего устройства, доступную для широкого круга потребителей.