Powstanie przełomowy system usuwania zanieczyszczeń w wodzie

Inteligentny system do neutralizacji szkodliwych substancji w wodzie na bazie elektrod węglowych opracują naukowcy z polsko-norweskiego konsorcjum, w skład którego wchodzą specjaliści z Politechniki Gdańskiej. Powstanie energooszczędna instalacja wykorzystująca sztuczną inteligencję, którą będzie można zastosować do obrotu większą masą ścieków, np. w zakładach oczyszczania. System ma umożliwić utlenianie zanieczyszczeń i krótszy łańcuch usuwania odpadów.

W ramach międzynarodowego projektu i-CLARE, którego kierownikiem na Politechnice Gdańskiej jest dr hab. inż. Robert Bogdanowicz, prof. PG z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki, ma powstać nowa, cyfrowa technologia uzdatniania wody, która może pozwolić na lepsze dostosowanie miast do zmian klimatu. System, nad którym pracuje interdyscyplinarny zespół badawczy ma zidentyfikować i dostosować najskuteczniejsze parametry pracy w celu unieszkodliwienia szkodliwych zanieczyszczeń organicznych rozpuszczonych w wodzie. Naukowcy wezmą pod lupę dziesięć substancji z różnych grup, jak farmaceutyki, pestycydy, dioksyny, które są obecne w wodach opadowych i ściekach gospodarczych, w tym m.in. związek 6PPD.

– Skupiamy się na utlenianiu związków stanowiących, według wskazań Komisji Europejskiej największy problem oraz procesach związanych z ich rozpadem – tłumaczy prof. Bogdanowicz. – Opracujemy model, w którym wprowadzimy zaawansowane techniki analityczne, bazujące na różnych koncentracjach konkretnych związków – zapowiada prof. Bogdanowicz.

Niskokosztowe elektrody na bazie węgla

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej pracują m.in. nad nisko-kosztowymi elektrodami węglowymi, na których będzie bazował elektrolizer będący trzonem całego systemu.

– Nasze elektrody wyglądem przypominają gąbkę, ale jednocześnie są materiałem przewodzącym, na powierzchni którego zachodzą procesy utleniania i rozkładu – tłumaczy prof. Bogdanowicz.

Obecnie prototypowe elektrody testowane są w rozmaitych konfiguracjach. Budowany jest tzw. sztuczny ściek z różnymi koncentracjami zanieczyszczeń i na nim naukowcy testują konkretne układy. Ostateczny demonstrator będzie badany w warunkach rzeczywistych.

Dziesiątki litrów na godzinę

Technologia wypracowana w projekcie ma pozwolić na wyższą skalowalność w stosunku do obecnie dostępnych tego typu rozwiązań z punktu widzenia obrotu masą ścieku.

– Nadal nie będzie to system, który pozwoli na obrót na poziomie hektolitrów na godzinę, ale na poziomie dziesiątków litrów już tak, co przy niebezpiecznych związkach będzie wystarczające – zapewnia prof. Bogdanowicz.

Algorytm podpowie, jakich warunków potrzeba do neutralizacji zanieczyszczeń

Zespół badawczy dąży do tego, aby opracowywane rozwiązanie cechowała wysoka efektywność energetyczna.

– Praca systemu przy wyższym natężeniu prądu, w zależności od rodzaju związku, który należy utylizować, nie zawsze jest opłacalna z punktu widzenia kosztów procesu. Wysoka moc nie zawsze przekłada się na wzrost efektywności elektroutleniania, za to może przyczynić się do szybszego zużycia materiałów elektrodowych podczas eksploatacji urządzenia. W oparciu o uczenie maszynowe staramy się więc nauczyć system, jakie warunki są optymalne z punktu widzenia np. szybkości utleniania i innych parametrów – mówi prof. ­Jacek Ryl z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej, z zespołu badawczego. – Algorytm będzie mógł określić, jakie warunki pracy będą wystarczające do zneutralizowania konkretnych, niebezpiecznych substancji – dodaje.

Wiele zastosowań jednego rozwiązania

Jak podkreślają naukowcy, potencjalnymi użytkownikami rozwiązania będą mogły być np. miejskie zakłady oczyszczania, czy deweloperzy zobowiązani do kontrolowania retencji.

– Z jednej strony opracowujemy technologię oczyszczenia wód i ścieków, ale też samo narzędzie elektrolizera może znaleźć wiele innych zastosowań, które są bardzo istotne dla rozwoju technologii ochrony środowiska. Po dostosowaniu układu można na drodze procesu elektrochemicznego np. produkować wodór lub redukować dwutlenek węgla. Z punktu widzenia samego narzędzia pomiarowego zastosowań może być więc dużo więcej – dodaje prof. Ryl.

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej współpracują w projekcie ze specjalistami z Instytutu Biotechnologii i Medycyny Molekularnej w Gdańsku (lider) i Norwegian Institute for Air Research. Partnerem przemysłowym jest firma SensDX. Projekt finansowany jest z Norweskiego Mechanizmu Finansowego na lata 2014-2021 (program „Badania stosowane”) oraz ze środków budżetu Państwa. Dofinansowanie dla PG opiewa na kwotę  ponad 1,48 mln zł. Szacunkowy, całkowity koszt projektu to ponad 6,48 mln zł.