Související obsah
- Toto solární energetické zařízení ve tvaru orb funguje v nejtemnějších dnech
Vynález nazvaný solarclave by mohl pomoci zabránit milionům ročních infekcí, které jsou důsledkem nesprávně vyčištěného zdravotnického vybavení. Foto: Oara Neumann
Autokláv - zařízení, které produkuje páru, aby zabilo bakterie a sterilizovalo zdravotnické vybavení - byl vynalezen už v roce 1879. Ale o 134 let později se u infekcí, které se vyvinou v důsledku nesprávně sterilizovaného zdravotnického vybavení, stále odhaduje, že postihují stovky milionů lidí rok, většinou v rozvojovém světě. V místech s omezeným přístupem k technologii autoklávu a nekonzistentním zdrojem energie mnoho lidí stále podstoupilo chirurgický zákrok se zařízením obsahujícím bakterie, viry a další patogeny.
Dobrou zprávou však je, že tento problém by mohl být brzy vyřešen díky zařízení zvanému solární klavír, které vyvinula skupina inženýrů vedená Oarou Neumannovou a Naomi Halasovou z Rice University. Jejich zařízení, popsané v článku zveřejněném dnes ve Sborníku Národní akademie věd, využívá sílu Slunce - spolu s jedinečnými vlastnostmi specifických nanočástic - dezinfikovat zdravotnické vybavení a další nástroje bez potřeby externího zdroje elektřiny.
Vědci nebyli prvním týmem, který měl nápad využít sluneční energii ke sterilizaci zařízení, ale je to první funkční prototyp, který prošel standardními sterilizačními testy na úrovni FDA. Konvenční autoklávy používají elektřinu k výrobě páry, ale toto zařízení tak činí tak, že se spoléhá na kovové a uhlíkové nanočástice (malé částice, které jsou malé jako jeden desetitisícina centimetru v průměru), které jsou rozptýleny ve vodném roztoku.
Termodynamické vlastnosti nanočástic způsobují, že absorbují energii mnohem rychleji než okolní kapalina, a vytvářejí velký teplotní rozdíl, protože sluneční světlo je shromažďováno zrcadlenou miskou a jeho teplo je naléváno do roztoku. Teplo se pak přenáší na molekuly vody, které sousedí s nanočásticemi, a přeměňuje je přímo na páru. Tato konstrukce umožňuje přeměnu sluneční energie na páru velmi efektivním způsobem - pouze 20 procent energie se používá ke zvýšení teploty kapaliny a zbývajících 80 procent pomáhá vytvářet a udržovat parní lázeň.
Na rozdíl od toho, kdy je voda normálně vařena a přeměněna na páru, jsou nanočástice schopny generovat značné množství páry při 70 stupních Celsia, když je roztok stále hluboko pod bodem varu (nějaká pára byla dokonce vytvořena, když vědci vložili kapsli tekutiny do ledová lázeň, udržující ji těsně nad nula stupňů Celsia). Výsledkem je, že solární klavír může provádět to, co je normálně extrémně energeticky náročný proces - sterilizace zdravotnického vybavení - s použitím omezené intenzity sluneční energie samotné.
Vědci použili tuto technologii k výrobě dvou souvisejících prototypů, které mohou fungovat i mimo síť. Jedním z nich je systém s uzavřenou smyčkou navržený pro sterilizaci lékařského vybavení a jiných relativně malých předmětů; druhý umožňuje vstupy a je navržen tak, aby sterilizoval lidský a živočišný odpad za účelem omezení šíření choroby, což je v rozvojových zemích stále problém. Při provozu třikrát týdně vědci odhadují, že dokáže zpracovat moč a výkaly produkované rodinou čtyř dospělých.
Prototypy byly testovány podle jejich účinnosti při zabíjení Geobacillus stearothermophilus, typu bakterií, které rostou v horkých pramenech a dalších teplých prostředích, a proto je obtížnější je odstranit zahřátím než většina ostatních typů mikrobů. Oba solární krystaly prošly testem a během 30 minut usmrtily všechny bakterie ve vzorku.
Při zkouškách solární klavír účinně ničil bakterie, což naznačuje, že by mohlo úspěšně sterilizovat zdravotnické vybavení. Obrázek přes uživatele Flickr mynameissharsha
Pokud lze tento druh technologie vyrábět ve velkém měřítku, má potenciál výrazně snížit množství infekcí na celém světě. Nanočástice se během procesu sterilizace nekonzumují, takže je lze opakovaně používat neomezeně a během každého cyklu se používá relativně malé množství vody. Vědci se také snažili používat levné komponenty, kdykoli je to možné, ale protože zařízení je stále ve fázi prototypu, je těžké říci, jaká bude konečná cena.
S výjimkou nákladů na náklady lze solární klavír potenciálně použít za všech okolností, kde je hlavním omezením přístup k elektřině. Nejběžnějšími aplikacemi jsou sterilizace zdravotnického zařízení a lidského odpadu, ale vědci spekulují, že stejný druh technologie by mohl být nakonec použit k čištění vody a omezení šíření bakterií v potravinářských výrobcích. Pozoruhodná účinnost designu při výrobě páry, jak se říká, by mohla být někdy použita i při výrobě elektřiny.
