بغض النظر عن مكان وجودك في العالم، يريدك البروفيسور كارل ليندن أن تكون قادرًا على تشغيل الصنبور والحصول على مياه الشرب النظيفة. إنها ضرورة أساسية، ولكنها حيوية، لا تزال مفقودة من مساحات كبيرة من الولايات المتحدة والبلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل.
وقال ليندن، أستاذ مورتنسون الموهوب في التنمية المستدامة في جامعة كو بولدر: "يستحق الناس تكنولوجيا موثوقة وموثوق بها عندما يتعلق الأمر بشيء أساسي مثل الماء. "أصبحت الموارد المائية أكثر ندرة، وعلينا أن نفكر في الجيل القادم من خيارات المعالجة الفعالة والميسورة التكلفة."
وتقدر منظمة الصحة العالمية أن نحو 785 مليون شخص يفتقرون إلى إمكانية الحصول على حتى الترشيحات الأساسية لمياه الشرب، مما يجعلهم عرضة لمسببات الأمراض مثل الكوليرا والزحار. ومن المتوقع أن تتزايد المشكلة في العقود المقبلة بسبب النمو السكاني والضغط المتزايد على توافر المياه.
تكنولوجيا العلاج، وفي الوقت نفسه، لم يتغير كثيرا في أكثر من قرن من الزمان. عادة ما تستخدم المواد الكيميائية القائمة على الرمال أو الكربون الترشيح والمطهر في كل من المرافق البلدية والحياة اليومية، من مرشحات بريتا المنزلية إلى أقراص الكلور. بيد أن كلا الطريقتين لهما حدود: ف الترشيح مكلف للغاية في إيصاله إلى المجتمعات الريفية على نطاق واسع، كما أن المواد الكيميائية يمكن أن تضيف طعما غير سار.
كارل ليندن ينظر إلى ثقافة بكتيرية في مختبره. كارل ليندن يتفقد معدات لتطهير المياه الشرب: كارل ليندن (يسار) يتفقد ثقافة بكتيرية مع طالب الدراسات العليا تارا راندال والبحوث ما بعد الدكتوراه مشارك بن ما في مختبره; أسفل: ليندن وراندال تحقق من أدوات لتطهير مياه الشرب. (الاعتمادات: كيسي كاس)
ليندن، عضو قسم الهندسة المدنية والبيئية والمعمارية الذي كان يبحث في معالجة المياه لعقود، يركز على حل مختلف: التطهير فوق البنفسجي. الأشعة فوق البنفسجية يمكن القضاء على مسببات الأمراض الضارة مثل الإشريكية القولونية والجاردية على مقياس من ثوان مقارنة بالدقائق، دون آثار جانبية ضارة. وعلى الرغم من أنها ليست فكرة جديدة - المدن الكبيرة مثل نيويورك تستخدم بالفعل الأشعة فوق البنفسجية في مرافقها - فهي واحدة كان من الصعب تاريخياً إنزالها إلى مستوى المستهلك الفردي.
"الأشعة فوق البنفسجية موجودة منذ عقود، وتستخدم في معالجة المياه البلدية والصناعية في جميع أنحاء العالم، ولكن تم إبطاء إمكاناتها لمزيد من الابتكار والتطبيق بسبب استخدام مصابيح بخار الزئبق الخطرة الضخمة"، قال ليندن. لكننا مهتمون بمصادر الأشعة فوق البنفسجية الجديدة ذات الهياكل الفريدة التي ستسمح لنا بالنهوض بهذه التكنولوجيا الواعدة."
المياه الريفية
في السنوات الأخيرة، ركز ليندن وزملاؤه البحوث على الصمامات الثنائية الباعثة للأشعة فوق البنفسجية، والتي هي أصغر (ملليمتر واسعة)، وذكية وأكثر دواما. يمكن تزوير المصابيح الأشعة فوق البنفسجية في موازاة ذلك، مع الثنائيات الموجية متعددة الانبعاثات للسماح لمجموعة من التطبيقات مبسطة.
فائدة أخرى: المصابيح الأشعة فوق البنفسجية هي "فورية على" ولا تتطلب أي وقت الاحماء قبل أن تبدأ الملوثات الزخرفة، مما يسمح للمستخدمين لتوفير المال من خلال تشغيل الأجهزة فقط عندما يحتاجون إلى. المياه التي يتم سحبها من البئر ، على سبيل المثال ، ستكون صالحة للشرب مباشرة بعد معالجة سريعة للأشعة فوق البنفسجية دون طعم الكلور غير المناسب.
وقد أكمل ليندن وطلابه مؤخراً دراسة هي الأولى من نوعها لمدة عام في جيمستاون، كولورادو، مقارنة بين تطهير الأشعة فوق البنفسجية LED ومعالجة الكلور الراسخة في المدينة. ووجدوا أنه بالنسبة لبلدة تضم حوالي 500 شخص بدون محطة مياه كبيرة، وفرت تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية قدرات تطهير فعالة بنفس القدر دون المواد الكيميائية المضافة. التكنولوجيا الجديدة تكلف سوى بضعة دولارات في الشهر في الكهرباء ويمكن تشغيل مباشرة قبالة الطاقة الشمسية.
وقالت ليندن: "إن الأنظمة الريفية الصغيرة الحجم هي مكان طبيعي للبدء بهذا. "لديهم غالبية الانتهاكات الصحية لأنهم عادة ليس لديهم مهندسون وطاقم متخصص في معالجة المياه. قد يكونوا يعتمدون على نظام لا يعمل دائما بشكل صحيح. لذلك نشعر أن هذه التقنية هي حل رائع لأنه يمكن تشغيلها عن بعد، بشكل مستقل ومدعوم بالطاقة الشمسية للحد من سحب الطاقة".
في وقت سابق من هذا العام، حصل ليندن على جائزة الدكتور بانكاج باريخ للابتكار البحثي من مؤسسة بحوث المياه عن إنجازاته في مجال النهوض بعلوم المياه.
العلاج الذي يستمر
وفي السنوات المقبلة، يمكن أن تشمل الخطوات التالية دمج المصابيح فوق البنفسجية مباشرة في البنية التحتية. ليندن يتصور الحنفيات مع الثنائيات بنيت في الحق في الصنابير, تفعيل على الفور عند تشغيل المياه. وقد بدأت مجموعته المعملية في البحث عن طرق لبناء الصمامات الثنائية في الأنابيب لإنشاء شبكة على نطاق المنظومة من نقاط المطهرات، وتخفيف نمو الأغشية الحيوية في بيئات عالية الخطورة مثل المستشفيات.
وقالت ليندن: "نشعر حقاً بأن هذه التكنولوجيا مستدامة ومستعدة لإحداث ثورة في هذا المجال. "نريد أن نعمل مباشرة مع المزيد من مديري المياه للتفكير في هذه التحسينات، وجرب أشياء جديدة، وجسر البحث في نهاية المطاف إلى التطبيقات العملية."
وعلى الصعيد الوطني، يُبنى زخم بشأن هذه المسألة. وفي خريف هذا العام، أعلنت وزارة الطاقة الأميركية عن إنشاء مركز تحلية المياه للطاقة بقيمة 100 مليون دولار، وهو شراكة متعددة التخصصات ستركز على البحث والتطوير في المراحل المبكرة لمعالجة المياه بكفاءة الطاقة والقدرة على المنافسة من حيث التكلفة. وسيقود هذا الجهد التحالف الوطني للابتكار في مجال المياه، الذي تعتبر شركة CU Boulder شريكا أكاديميا مؤسسا له.
ويقول ليندن، الذي سيقود جهود جامعة كو بولدر في إطار المحور، إن الجائزة المرموقة تؤكد على الاهتمام المتجدد بمعالجة الأمن المائي، الذي كان دائماً دعوته.
وقال " اشعر اننى فى مهمة لدفع المجتمع الى الجيل القادم من اساليب العلاج " . "وقد اتخذت بعض الابتكارات بالفعل ترسخت وحصلت على الجر. ولكننا قد شهدنا الكثير من التقدم في المجتمع والتكنولوجيا مثل الاستشعار عن بعد وتحليل البيانات والرصد في الوقت الحقيقي، ولم نستغلها بالكامل حتى الآن من أجل الأمن المائي".
ليندن هو أيضا الباحث الرئيسي لمركز مورتنسون في الهندسة العالمية في جامعة CU Boulder في مشروع 5 سنوات، 15.3 مليون دولار المستدامة لأنظمة المياه والصرف الصحي التعلم الشراكة، الذي يركز على الحفاظ على التنفيذ الناجح لنظم المياه من قبل منظمات مثل الوكالة الأميركية للتنمية الدولية على المدى الطويل.
وقالت ليندن: "في العديد من البلدان ذات الموارد المنخفضة، نرى مضخة يدوية أو نظام مياه يتم وضعها ويتم إعداد المعالجة وتعمل لفترة من الوقت، ولكن في نهاية المطاف ينكسر ويضيع التقدم. "فلماذا ذلك، وما الذي يمكن عمله حيال ذلك؟ وذلك عندما نحتاج إلى التفكير بشكل أكثر شمولية حول النظام المتاح لدعم خدمات المياه المستدامة على المدى الطويل، والتكنولوجيا المحسنة والمتكاملة والمبتكرة، مثل ما نعمل عليه في مركز مورتنسون، هو أحد جوانب الحل".
الهدف النهائي؟ جلب حلول المياه في الحياة اليومية بسلاسة في جميع أنحاء العالم.
وقال " ان تقوم بتشغيل الصنبور ويخرج الماء وقد تم علاجه بالفعل وليس عليك حتى التفكير فى الامر " . "هذا هو الكأس المقدسة. "
