개발도상국의 국민이 깨끗한 마시는 물에 접근할 수 있도록 할 태양열 전력공급의 휴대용 수질정화 시스템이 영국에서 개발 중인 단계이다.
유엔에 따르면, 세계 인구의 약 20%인 12억 명의 사람들이 생존을 위해 충분한 음용수를 가지고 있지 못한 상시적인 위협 속에서 생존하고 있다.
같은 이름을 가진 영국에 기반을 둔 회사에서 개발 중인 이 데솔레네이터(Desolenator) 장치는 해수를 비롯한 모든 형태의 물의 정수하고 탈염시킨다.
최근에, 이 시스템은 영국 공학기술연구소(Institution of Engineering and Technology)가 수여하는 기술혁신 상(Innovation Awards)을 2개 분야 수상했는데, 그것은 지속가능성 부문과 스타트-업 부문이다.
대형 평판 스크린 텔레비전 크기인 이 장치는 지형학적으로 이동이 어려운 지역에서 어떤 지형에도 적용되는 이동용 바퀴를 가지고 있고, 하루에 약 15리터 정도의 음용수를 생산할 수 있다. 이 정도의 양은 하루에 마시고 요리하기에 충분한 양이라고 데솔레네이터(Desolenator)사의 최고경영자인 윌리암 얀쎈(William Janssen)씨는 말했다.
이 장치는 태양광선을 전기로 직접 변환시키는 태양전지에 기반을 두고 있으며, 프로세스 과정에서 초과되는 열이 발생할 때 이중유리 커버링 패널 덕분에 캡처되고 저장된다. 이것을 통해, 장치는 태양광선으로 전기에너지와 열에너지 모두를 만들 수 있다고 얀쎈(Janssen)씨는 말했다.
오염된 물이나 소금물 박막 층은 태양전지 표면을 따라 흘러서, 태양전지로부터 나오는 열을 흡수하고 끓는점 가까이 도달하게 된다. 프로세스 과정에서, 물은 태양전지를 냉각시켜 효율성을 개선한다.
“그다음, 우리는 컬렉터에서 물을 회수하고 그것을 분리 보일러에 옮긴다. 그곳에서 우리는 단순한 나선형 가열기를 사용하여 물을 빨리 가열하기 위해 태양전지의 전기 출력을 사용한다”고 그는 말했다.
그다음, 증기는 증발되는 태양열 컬렉터로 다시 피드백된다. “우리는 태양열 컬렉터 내에서 따뜻해지고 있는 물과의 열 교환을 통해, 숨어 있는 에너지를 다시 확보할 수 있다. 그리하여, 우리는 효과적인 순환시스템을 구축할 수 있다”고 얀쎈(Janssen)씨는 말했다.
그다음, 소형의 소금물 라인(brine line)이 장치가 부드럽게 작동되기를 유지하고 소금성분이 쌓이는 것을 방지하기 위해 소금을 필터링한다.
이 장치는 20년 정도의 수명주기를 가지고 있으며, 막이나 사전처리 화학물질이 없어서 유지관리도 거의 필요가 없다.
이 장치는 물에 포함된 오염물질의 약 99.9%를 제거할 수 있다고 이 회사는 밝혔다. 이 장치는 지하수가 오염되었거나 해수가 유일한 이용가능한 수원인 지역에서 특히 중요한 시스템이다.
Quantum dot sensor simultaneously identifies multiple explosives
Scientists at University College London have developed a quantum dot sensor that can detect multiple explosives simultaneously.
The university says the proof-of-concept sensor is designed to quickly identify and quantify five commonly used explosives in solution to help track toxic contamination in waste water and improve the safety of public spaces.
Lead researcher, Dr William Peveler, UCL Chemistry, said: “This is the first time multiple explosives have been detected using a single sensor before, demonstrating proof-of-concept for this approach. Our sensor changes colour within 10 seconds to give information about how much and what explosives are present in a sample. Following further development, we hope it will be used to quickly analyse the nature of threats and inform tailored responses.”
The study, published in ACS Nano and funded by the Engineering and Physical Sciences Research Council, used a fluorescent sensor to detect and differentiate between DNT, TNT, tetryl, RDX and PETN by reading unique colour change ‘fingerprints’ for each compound.
“We analysed explosives which are commonly used for industrial and military purposes to create a useful tool for environmental and security monitoring,” said Peveler. “For example, DNT is a breakdown product from landmines, and RDX and PETN have been used in terror plots in recent years as they can be hard to detect using sniffer dogs. Our test can quickly identify these compounds so we see it having a variety of applications from monitoring the waste water of munitions factories and military ranges to finding evidence of illicit activities.”
The sensor is made of quantum dots, which are tiny light-emitting particles or nanomaterials, to which explosive targeting receptors are attached. As each explosive binds to the quantum dot, it quenches the light being emitted to a different degree. The distinct changes in colour are analysed computationally in a variety of conditions to give a unique fingerprint for each compound, allowing multiple explosives to be detected with a single test.
Senior author, Prof Ivan Parkin, UCL Chemistry, said: “Our sensor is a significant step forward for multiple explosives detection. Current methods can be laborious and require expensive equipment but our test is designed to be inexpensive, fast and use a much smaller volume of sample than previously possible. Although all of these factors are important, speed and accuracy are crucial when identifying explosive compounds.”
The team plan to take it from the laboratory into the field by blind testing it with contaminated wastewater samples. They also hope to improve the sensitivity of the test by tailoring the surfaces of the quantum dots. Currently, its limit is less than one part per million which the team hope to increase into the part per billion range.
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