Bez ohledu na to, kde na světě jste, profesor Karl Linden chce, abyste mohli zapnout kohoutek a přijímat čistou pitnou vodu. Je to základní, ale životně důležitá nutnost, která stále chybí ve velkých částech USA a zemí s nízkými a středními příjmy.
"Lidé si zaslouží spolehlivou a důvěryhodnou technologii, pokud jde o něco tak zásadního, jako je voda," řekl Linden, profesor udržitelného rozvoje v CU Boulder. "Vodní zdroje jsou stále vzácnější a my musíme přemýšlet o příští generaci účinných a cenově dostupných možností léčby."
Světová zdravotnická organizace odhaduje, že přibližně 785 milionů lidí nemá přístup ani k základní filtraci pitné vody, takže jsou zranitelní vůči patogenům, jako je cholera a úplavice. Očekává se, že tento problém poroste v nadcházejících desetiletích v důsledku populačního růstu a zvýšeného stresu z dostupnosti vody.
Technologie léčby se za více než sto let příliš nezměnila. Filtrační a dezinfekční chemikálie na bázi písku nebo uhlíku se běžně používají jak v obecních zařízeních, tak v každodenním životě, od domácích filtrů Brita až po chlorové tablety. Obě metody však mají svá omezení: Filtrace je nákladná na dodávky venkovským komunitám ve velkém měřítku a chemikálie mohou přidat nepříjemnou chuť.
Karl Linden se dívá na bakteriální kulturu ve své laboratoři. Karl Linden kontroluje zařízení pro dezinfekci pitné vodyTop: Karl Linden (vlevo) ve své laboratoři kontroluje bakteriální kulturu s postgraduální studentkou Tarou Randallovou a postdoktorandem Benem Maem; Dole: Lindenová a Randall se podívá na nástroje pro dezinfekci pitné vody. (Kredity: Casey Cass)
Linden, člen katedry civilního, environmentálního a architektonického inženýrství, který se úpravou vody po desetiletí zkoumá, se zaměřuje na jiné řešení: ultrafialovou dezinfekci. UV paprsky mohou eliminovat škodlivé patogeny, jako je E. coli a Giardia, na stupnici sekund ve srovnání s minutami, bez škodlivých vedlejších účinků. A i když to není nová myšlenka - velká města jako New York již používají UV ve svých službách - je to myšlenka, která byla historicky obtížná, aby se na individuální spotřebitelskou úroveň.
"UV záření existuje již desítky let a používá se při městské a průmyslové úpravě vody po celém světě, ale jeho potenciál pro další inovace a aplikaci byl zpomalen kvůli použití nebezpečných, objemných rtuťových parových lamp," řekl Linden. "Ale zajímáme se o nové UV zdroje s jedinečnými architekturami, které nám umožní tuto slibnou technologii posunout vpřed."
Venkovská voda
V posledních letech se Linden a jeho kolegové zaměřili na výzkum UV diod vyzařujících světlo, které jsou menší (milimetry široké), hbitější a odolnější. UV LED diody mohou být vybaveny paralelně, s více emitujícími diodami vlnové délky, které umožňují řadu zjednodušených aplikací.
Další výhoda: UV LED diody jsou "okamžité" a nevyžadují žádný čas na zahřátí, než začnou zachycovat kontaminanty, což uživatelům umožňuje ušetřit peníze pouze spuštěním zařízení, když potřebují. Například voda vytažená ze studny by byla pitná ihned po rychlém UV ošetření bez odvážující chuti chlóru.
Linden a jeho studenti nedávno dokončili první roční studii svého druhu v Jamestownu v Coloradu, která srovnávala UV LED dezinfekci se zavedenou léčbou chlorem ve městě. Zjistili, že pro město s přibližně 500 lidmi bez velké vodní elektrárny poskytovala UV technologie stejně účinné dezinfekční schopnosti bez přidaných chemikálií. Nová technologie stojí jen pár dolarů měsíčně v elektřině a může běžet přímo ze sluneční energie.
"Malé venkovské systémy jsou přirozeným místem, kde začít," řekl Linden. "Mají většinu zdravotních přestupků, protože obvykle nemají inženýry a specializovaný personál pro úpravu vody. Mohou se spoléhat na systém, který ne vždy funguje správně. Takže cítíme, že tato technologie je skvělým řešením, protože ji lze ovládat na dálku, autonomně a poháněnou solární energií, aby se snížila spotřeba energie."
Počátkem tohoto roku linden získal cenu Dr. Pankaj Parekh Research Innovation Award nadace Water Research Foundation za své úspěchy v oblasti vodní vědy.
Léčba, která trvá
V nadcházejících letech by další kroky mohly zahrnovat integraci UV LED diod přímo do infrastruktury. Linden si představuje kohoutky s diodami zabudované přímo do kohoutků a aktivuje se okamžitě, když zapnete vodu. Jeho laboratorní skupina začala hledat způsoby, jak zabudovat diody do trubek, aby vytvořila systémovou síť dezinfekčních bodů, což zmírní růst biofilmu ve vysoce rizikových prostředích, jako jsou nemocnice.
"Opravdu cítíme, že tato technologie je udržitelná a je připravena způsobit revoluci v této oblasti," řekl Linden. "Chceme spolupracovat přímo s více vodohospodáři, abychom o těchto zlepšeních přemýšleli, vyzkoušeli nové věci a nakonec překlenuli výzkum do praktických aplikací."
Celostátně, dynamika kolem problému nabírá na obrátkách. Letos na podzim americké ministerstvo energetiky oznámilo vytvoření centra pro odsolování energie a vody v hodnotě 100 milionů dolarů, interdisciplinárního partnerství, které se zaměří na výzkum a vývoj v rané fázi pro energeticky účinnou a nákladově konkurenceschopnou úpravu vody. Úsilí povede Národní aliance pro inovace ve vodě, jejíž zakládajícím akademickým partnerem je CU Boulder.
Linden, který povede úsilí CU Boulder v rámci Hubu, říká, že prestižní ocenění podtrhuje obnovený zájem o řešení bezpečnosti vody, což bylo vždy jeho posláním.
"Mám pocit, že jsem na misi posunout společnost do další generace léčebných přístupů," řekl. "Některé inovace se již uchytily a získaly trakci. Ale ve společnosti a technologiích jsme udělali tolik pokroků, jako je dálkové snímání, analýza dat a monitorování v reálném čase, které jsme ještě plně nevyužili pro zabezpečení vody."
Linden je také hlavním řešitelem Mortensonova centra v globálním inženýrství CU Boulder na pětiletém projektu Sustainable WASH Systems Learning Partnership za 15,3 milionu dolarů, který se zaměřuje na udržení úspěšné implementace vodních systémů organizacemi, jako je USAID v dlouhodobém horizontu.
"V mnoha zemích s nízkými zdroji vidíme, jak se zavádí ruční nebo vodní systém a na chvíli se nastaví léčba a chvíli to funguje, ale nakonec se to zlomí a pokrok je ztracen," řekl Linden. "Tak proč tomu tak je a co se s tím může dělat? V tu chvíli se musíme více holisticky zamyslet nad systémem, který je k dispozici pro podporu dlouhodobě udržitelných vodohospodářních služeb, a jedním aspektem řešení je vylepšená, integrovaná a inovativní technologie, například to, na čem pracujeme v Mortensonově centru."
Konečný cíl? Bezproblémové vnášení řešení vody do každodenního života po celém světě.
"Zapnete kohoutek a voda vytee ven a už byla ošetřena a nemusíte na to ani pomyslet," řekl. "To je svatý grál."
