Η καινοτομία στην απομάκρυνση της σκόνης και τη διήθηση των βιομηχανικών εκπομπών επικεντρώνεται σε υλικά διήθησης και τεχνολογίες για τον έλεγχο και τη συντήρηση του εξοπλισμού. Στόχος είναι να γίνουν τα συστήματα απομάκρυνσης της σκόνης πιο πρακτικά και αποτελεσματικά.
Sommaire
Τρέχουσες τάσεις καινοτομίας στους συλλέκτες σκόνης και στα φίλτρα αέρα
Καινοτομίες στην εξ αποστάσεωςσυντήρηση συστημάτων απομάκρυνσης σκόνης και εξοπλισμού φιλτραρίσματος:
Η ενσωμάτωση αισθητήρων και τεχνολογιών “Internet of Things” έχει σχεδιαστεί για να παρέχει πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο σχετικά με τη συμπεριφορά του συστήματος συλλογής σκόνης και να μοιράζεται τις πληροφορίες αυτές μεταξύ του κατασκευαστή και του προμηθευτή του. Για παράδειγμα, οι περιπτώσεις μόντεμ χρησιμοποιούνται για την εξ αποστάσεως συντήρηση του συλλέκτη σκόνης. Στόχος είναι να είναι δυνατή η ανταλλαγή των κύριων παραμέτρων λειτουργίας ενός συστήματος αναρρόφησης μεταξύ του χειριστή και του κατασκευαστή σε πραγματικό χρόνο ή κατόπιν αιτήματος (ρύπανση delta P, κατανάλωση ισχύος, ιστορικό βλαβών, αριθμός ωρών λειτουργίας, λειτουργία των διαφόρων υπομονάδων κ.λπ.) Οι λύσεις αυτές καθιστούν δυνατή την ακριβέστερη παρακολούθηση της εξέλιξης μιας εγκατάστασης και την αύξηση της αξιοπιστίας της, μειώνοντας παράλληλα τον αριθμό των δρομολογίων των τεχνικών συντήρησης.
Καινοτομίες στην εξοικονόμηση ενέργειας :
Ο ακριβής έλεγχος του καθαρισμού είναι ένα παράδειγμα. Ο πεπιεσμένος αέρας είναι ένα πολύ ακριβό ρευστό. Ο ακριβής έλεγχος μειώνει την κατανάλωση πεπιεσμένου αέρα. Η διαδικασία καθαρισμού θα ξεκινήσει ακριβώς τη σωστή στιγμή (προγραμματισμένος χρόνος ή διαφορά πίεσης). Αυτό μειώνει τον αριθμό των εργασιών καθαρισμού και, κατά συνέπεια, τη φθορά και την κατανάλωση των μέσων φίλτρου. Επιπλέον, ο νέος εξοπλισμός καθαρισμού έχει σχεδιαστεί για να είναι ενεργειακά αποδοτικός. Για παράδειγμα, η χρήση νέων ακροφυσίων έγχυσης πεπιεσμένου αέρα Venturi στις εργασίες καθαρισμού μειώνει την κατανάλωση πεπιεσμένου αέρα κατά 20% έως 40%, για το ίδιο αποτέλεσμα καθαρισμού.
Τέλος, ο ακριβής έλεγχος της παροχής αναρρόφησης μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση πόρων. Η ισχύς ενός ανεμιστήρα είναι ευθέως ανάλογη της παροχής αναρρόφησης. Επομένως, είναι σημαντικό να μην υπερδιαστασιολογείται η παροχή αναρρόφησης. Άλλες λύσεις περιλαμβάνουν την τοποθέτηση του ανεμιστήρα με μετατροπέα συχνότητας και τη ρύθμιση της παροχής ανάλογα με τις απαιτήσεις αναρρόφησης. Ο μετατροπέας μεταβλητής συχνότητας προσαρμόζει την ισχύ αναρρόφησης σύμφωνα με ένα καθορισμένο κενό ή ρυθμό ροής ή σύμφωνα με τον αριθμό των μηχανημάτων που πρέπει να απορροφηθούν με ηλεκτρική σκούπα. Η ρύθμιση της παροχής μειώνει σημαντικά την κατανάλωση του ανεμιστήρα, καθώς και την κατανάλωση θέρμανσης όταν ο αναρροφούμενος αέρας εξάγεται προς τα έξω.
Καινοτομίες στην τεχνολογία διήθησης
Ως απάντηση στην ποικιλομορφία των εκπομπών σωματιδίων από μια δραστηριότητα, χρησιμοποιείται μια καινοτομία: η πρόσθετη διήθηση. Πρόκειται για τη σειριακή τοποθέτηση ενός συνόλου εξειδικευμένων μέσων φιλτραρίσματος σε έναν συλλέκτη σκόνης για τη δέσμευση όλης της σκόνης και των πτητικών οργανικών ενώσεων από μια βιομηχανική διαδικασία (π.χ. Dustomat 24, ePUR Box). Το αποτέλεσμα είναι μια εξατομικευμένη, προσαρμοστική λύση για τον κατασκευαστή. Για παράδειγμα, η εργασία με σύνθετα υλικά, η συγκόλληση με λέιζερ ή η τρισδιάστατη εκτύπωση δημιουργούν εκπομπές διαφορετικών τύπων και δομών: σκόνη, πολύ λεπτούς καπνούς και αέριες ενώσεις (VOC, οσμές κ.λπ.).
Η καινοτομία στα υλικά και στο σχεδιασμό των μέσων φιλτραρίσματος επικεντρώνεται στις νανοτεχνολογίες και τη βιομιμητική. Δημιουργούμε νανοϋλικά που ειδικεύονται στη διήθηση ενός τύπου μορίων(CO2 CH4), ή αντίθετα, ικανά να συλλάβουν μια ποικιλία σωματιδίων που εκπέμπονται από μια βιομηχανική διαδικασία.
Εστίαση σε καινοτόμα υλικά για την ανίχνευση, το φιλτράρισμα και την εξουδετέρωση των σωματιδίων του αέρα
Νανοκατασκευή φίλτρου από πρωτεΐνες καλαμποκιού
Η ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον υλικών είναι μια οδός για την καινοτομία. Για παράδειγμα, ένα μέσο φίλτρου έχει νανοκατασκευαστεί από πρωτεΐνες καλαμποκιού. Αυτό το φίλτρο μπορεί να συλλάβει το 99,5% των σωματιδίων, όπως τα σημερινά φίλτρα HEPA, αλλά και το 87% των φορμαλδεϋδών. Αυτή η τελευταία επίδοση είναι ανώτερη από εκείνη των φίλτρων που ειδικεύονται σε αυτό το είδος τοξικών μορίων. Ο μηχανισμός σύλληψης βασίζεται στην ικανότητα των λειτουργικών ομάδων στην επιφάνεια της πρωτεΐνης να δρουν σαν πλοκάμια σύλληψης μορίων. Η ταυτόχρονη σύλληψη διαφορετικών μορίων αερίων προβλέπεται χάρη στην αναδιάταξη των αμινοξέων της πρωτεΐνης. Επιπλέον, καθώς η πρωτεΐνη είναι υδρόφοβη, το φίλτρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υγρό αέρα.
Εξουδετέρωση τοξικών μορίων
Μια καινοτομία περιλαμβάνει τη νανοκατασκευή μιας ίνας πολλαπλών συστατικών που ενσωματώνει έναν φωτοκαταλυτικό παράγοντα στη δομή της ίνας. Αυτό καταστρέφει τις πτητικές οργανικές ενώσεις, τις οσμές και τους παθογόνους μικροοργανισμούς, ενώ αποφεύγεται η απελευθέρωση δευτερογενών ρύπων. Η βιομιμητική δομή είναι παρόμοια με αυτή ενός διατόμου για να μεγιστοποιούνται οι ανταλλαγές μεταξύ του αέρα και του καθαριστικού παράγοντα. Αυτή η καινοτομία μπορεί να αντικαταστήσει τα φίλτρα ενεργού άνθρακα, με λιγότερη συντήρηση και χαμηλότερη ενέργεια φιλτραρίσματος. Η καινοτομία αυτή έχει κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τη γαλλική εταιρεία Purenat.
Μια άλλη πηγή καινοτομίας είναι η επιφανειακή επεξεργασία των υφασμάτων φίλτρου. Μια νέα επίστρωση χρησιμοποιεί μια πρόδρομη ουσία χαλκού για τη δημιουργία μιας αγώγιμης μεταλλο-οργανικής δομής. Αυτό μετατρέπει τα τοξικά αέρια σε ουδέτερη ύλη: το μονοξείδιο του αζώτου μετατρέπεται σε νιτρώδη και νιτρικά και το υδρόθειο σε θειικό χαλκό. Η μεταλλο-οργανική δομή που ενσωματώνεται στο βαμβάκι ή τον πολυεστέρα δημιουργεί ένα αντιδραστικό και επαναχρησιμοποιήσιμο υλικό. Η επιφανειακή επεξεργασία επιτρέπει τη δημιουργία συγκεκριμένων σχεδίων και τη συμπλήρωση με ακρίβεια των κενών μεταξύ των νημάτων του υφάσματος. Το υλικό αυτό είναι ανθεκτικό στη φθορά, τη φθορά και το συνηθισμένο πλύσιμο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έξυπνα φίλτρα, περιβαλλοντικούς αισθητήρες και εξοπλισμό ατομικής προστασίας.
Καινοτομία στη σύλληψη και ανίχνευση παθογόνων μικροοργανισμών αερολύματος.
Νέες αντιαλλεργικές και αντιβακτηριδιακές τεχνολογίες ενσωματώνονται στα υλικά για να παρέχουν ένα πιο υγιεινό περιβάλλον. Στο μέλλον, ορισμένα μέρη των μονάδων συλλογής σκόνης ενδέχεται να είναι κατασκευασμένα από αυτά τα υλικά.
Παρά τις αυστηρές διαδικασίες καθαρισμού και απολύμανσης, υπάρχει κίνδυνος μόλυνσης στα νοσοκομεία. Σε απάντηση, ένα πλαστικό υλικό, το ακρυλονιτριλοβουταδιενικό στυρένιο (ή ABS), το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε νοσοκομειακό εξοπλισμό (καθώς και σε περιβλήματα αυτοκινήτων και οικιακών ηλεκτρικών συσκευών, καλώδια τηλεφωνίας, πληροφορικής και τρισδιάστατης εκτύπωσης), έχει συγχωνευθεί με χλωρεξιδίνη. Το αποτέλεσμα είναι ένα νέο υλικό επεξεργασίας επιφανειών ικανό να σκοτώνει τα βακτήρια σε 30 λεπτά. Αυτή η καινοτομία λύνει τα μειονεκτήματα των συμβατικών απολυμαντικών, τα οποία εξαπλώνονται στον αέρα και διαφεύγουν από τις επιφάνειες όταν τις αγγίζουμε. Υπάρχουν σχέδια για την προσθήκη αυτού του νέου υλικού όταν το πλαστικό κατασκευάζεται.
Στο ίδιο πνεύμα, αναπτύχθηκε μια αντιμικροβιακή, αντιμυκητιακή και αντιιική επιφανειακή επεξεργασία με βάση τη διγλυκονική χλωρεξιδίνη, η οποία μπορεί να προσαρμοστεί σε μέσα φιλτραρίσματος που κυκλοφορούν στην αγορά. Η τεχνολογία αυτή δοκιμάστηκε σε τρένα του βρετανικού σιδηροδρομικού δικτύου πριν κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.
Τέλος, μια καινοτομία στην επιφανειακή επικάλυψη των μέσων φίλτρου αποσκοπεί στην προώθηση της βιολογικής δειγματοληψίας αέρα. Στόχος είναι η ανίχνευση και η ταυτοποίηση της φύσης των βακτηρίων και των ιών όσο το δυνατόν νωρίτερα με τη σύλληψή τους εν ζωή. Αυτό αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για τον έγκαιρο εντοπισμό ενός βιολογικού κινδύνου. Ενώ τα φίλτρα HEPA είναι αποτελεσματικά στη σύλληψη παθογόνων μικροοργανισμών, είναι αναποτελεσματικά στη διατήρηση τους στη ζωή. Η καινοτομία αποτελείται από μια σύνθετη μεμβράνη με ένα υγρό στρώμα που έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί τη βιωσιμότητα των δειγμάτων βακτηρίων ή ιών που συλλαμβάνονται για εργαστηριακή εξέταση.
Καινοτομία στο φιλτράρισμα των βιομηχανικών εκπομπώνCO2 στην πηγή
Το φιλτράρισμα των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στη βιομηχανία στην πηγή περιλαμβάνει τη βελτίωση των υλικών διαχωρισμού.
Το Si-CHA είναι μια κρυσταλλική δομή με βάση το διοξείδιο του πυριτίου που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας ομοιόμορφα πορώδους μεμβράνης που διαχωρίζει το διοξείδιο του άνθρακα από το μεθάνιο ή άλλα μεγαλύτερα μόρια. Η ανάπτυξη μιας μεθόδου για τη σύνθεση μιας καθαρής μεμβράνης Si-CHA αυξάνει την απόδοση διαχωρισμούτου CO2, ενώ καταναλώνει λιγότερο χρόνο και ενέργεια για την κατασκευή. Η έρευνα συνεχίζεται με σκοπό τη βιομηχανοποίηση αυτής της διαδικασίας.
Μια άλλη καινοτομία χρησιμοποιεί μεμβράνες που κυκλοφορούν στην αγορά για να βελτιώσει την επιλεκτικότητά τουςσε CO2. Αυτή η τεχνολογία νανοκατασκευής αναπτύσσει στην επιφάνεια της μεμβράνης υδρόφιλες,διαπερατές για το CO2 πολυμερικές αλυσίδες. Αυτό αυξάνει την εκλεκτικότηταCO2 μιας τυπικής μεμβράνης κατά 150 φορές. Οι τροποποιημένες μεμβράνες παραμένουν κερδοφόρες, παρά το πρόσθετο κόστος της νανοκατασκευής. Η νέα αυτή τεχνολογία μεμβρανών, η οποία αναπτύχθηκε αρχικά για σταθμούς παραγωγής ενέργειας, θα βελτιστοποιηθεί και θα διαφοροποιηθεί ώστε να συμπεριλάβει και άλλα πολυμερή σε συνεργασία με τους κατασκευαστές για την κάλυψη των ειδικών αναγκών τους.
Μια υφασμάτινη καινοτομία για το φιλτράρισματου CO2 από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής έχει ποσοστό δέσμευσης 80%. Ενσωματώνει το φυσικό ένζυμο ανθρακική ανυδράση σε ένα βαμβακερό ύφασμα για να επιταχύνει την αντίδραση που μετατρέπει το νερό και τοCO2 σε διττανθρακικό άλας. Ο αέρας στη συνέχεια περνάει μέσα από το φίλτρο με ταχύτητα 4l/min, ακόμα πολύ μακριά από τα 10 εκατομμύρια λίτρα αέρα που πρέπει να επεξεργαστούν για ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Ωστόσο, καθώς το φίλτρο κατασκευάζεται με παραδοσιακές μεθόδους της κλωστοϋφαντουργίας, θα είναι ευκολότερο να επεκταθεί σε βιομηχανική παραγωγή, η οποία θα αποτελέσει το αντικείμενο του επόμενου σταδίου. Οι δοκιμές για τη λειτουργία του φίλτρου μετά από κύκλους πλύσης, στεγνώματος και αποθήκευσης επιβεβαίωσαν επίσης ότι η απόδοσή του έχει διατηρηθεί.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση φίλτρωνCO2, χρησιμοποιώντας ως βασικό υλικό μια υδρογέλη που περιέχει το ένζυμο καρβονική ανυδράση, είναι μια άλλη καινοτόμος προσέγγιση. Η τεχνολογία αυτή κατέστησε δυνατή την εξώθηση ενός νήματος 1D και μιας δομής 2D. Στόχος είναι να γίνουν τα φίλτραCO2 πιο ευέλικτα και ταχύτερα στο σχεδιασμό. Η κατασκευή ενός φίλτρου με διάμετρο μικρότερη από 2 cm για πειραματικούς σκοπούς έχει αποδώσει μέχρι στιγμής ποσοστό δέσμευσης μόνο 24%, ενώ μετά από 1.000 ώρες λειτουργίας το ποσοστό αυτό έχει μειωθεί στο μισό. Για να αυξήσουν αυτό το ποσοστό, οι ερευνητές εξετάζουν το ενδεχόμενονα στοιβάζουν αρθρωτά στοιχεία. Η έρευνα αυτή βρίσκεται ακόμη σε αρχικό στάδιο.
Μια άλλη τεχνολογική καινοτομία για τη δέσμευσητου CO2 περιλαμβάνει τη χρήση ενός καινοτόμου πολυμερούς φίλτρου που περιέχει χαλκό. Αυτό το φίλτρο μετατρέπειτο CO2 ουσιαστικά σε διττανθρακικό νάτριο. Αυτό το νέο υβριδικό υλικό είναι ένα απορροφητικό υλικό που είναι μηχανικά στερεό και χημικά σταθερό. Συγκρατεί 3 φορές περισσότεροCO2 από τις τρέχουσες τεχνικές άμεσης δέσμευσης του αέρα. Όποιο και αν είναι το επίπεδο συγκέντρωσηςCO2 (από φυσικό έως βιομηχανικό), η δέσμευση συνεχίζεται μέχρι να κορεστεί το φίλτρο. Μόλις το φίλτρο κορεστεί, μια ροή θαλασσινού νερού περνάει μέσα από το φίλτρο και μετατρέπει τοCO2 σε διττανθρακικό νάτριο. Το διττανθρακικό νάτριο μπορεί στη συνέχεια να απορριφθεί στη θάλασσα χωρίς αρνητικές επιπτώσεις. Οι υπάρχουσες τεχνικές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για: την εκρόφηση του φίλτρου (ροή ζεστού νερού ή ατμού), την ανάκτηση, συμπίεση και αποθήκευση τουCO2.
Βιομηχανοποίηση νανοτεχνολογιών κατά της σκόνης για την επεξεργασία επιφανειών
Οι τεχνολογίες κατά της σκόνης υπάρχουν εδώ και πολύ καιρό. Ωστόσο, δεν προχώρησαν ποτέ πέρα από το ερευνητικό στάδιο, επειδή η κλιμάκωσή τους σε βιομηχανική κλίμακα αποδείχθηκε πολύ δύσκολη. Οι νέες κατασκευαστικές έννοιες ξεπέρασαν αυτό το εμπόδιο. Η νανοεμπλοκή και η νανοεκτύπωση εκσυγχρονίζουν μια τεχνική εκτύπωσης εφημερίδων του 19ου αιώνα. Καταθέτουν νανομετρικές πυραμιδικές δομές που εμποδίζουν την προσκόλληση της σκόνης. Αυτή η καινοτομία καθιστά πολλούς τύπους υλικών ανθεκτικούς στη σκόνη. Μελλοντικές εφαρμογές σε βιομηχανικό εξοπλισμό είναι πλέον εφικτές- ιδίως στις εσωτερικές επιφάνειες των εξαρτημάτων ενός συστήματος απομάκρυνσης της σκόνης και στις εξωτερικές επιφάνειες του εξοπλισμού.
