Waar u ook bent in de wereld, professor Karl Linden wil dat u een kraan aandraaien en schoon drinkwater ontvangen. Het is een fundamentele, maar vitale, noodzaak die nog steeds ontbreekt in grote delen van de VS en lage- en middeninkomenslanden.
"Mensen verdienen betrouwbare, vertrouwde technologie als het gaat om iets zo essentieel als water," zei Linden, de Mortenson Endowed Professor in Duurzame Ontwikkeling aan CU Boulder. "Waterbronnen worden schaarser en we moeten nadenken over de volgende generatie efficiënte, betaalbare behandelingsopties."
De Wereldgezondheidsorganisatie schat dat zo'n 785 miljoen mensen geen toegang hebben tot zelfs elementaire drinkwaterfiltratie, waardoor ze kwetsbaar zijn voor ziekteverwekkers zoals cholera en dysenterie. Het probleem zal naar verwachting groeien in de komende decennia als gevolg van de bevolkingsgroei en de toegenomen stress op de beschikbaarheid van water.
Behandeling technologie, ondertussen, is niet veel veranderd in meer dan een eeuw. Filtre en ontsmettingsmiddelen op basis van koolstof worden vaak gebruikt in zowel gemeentelijke voorzieningen als in het dagelijks leven, van huishoudelijke Brita-filters tot chloortabletten. Beide methoden hebben echter hun beperkingen: Filtratie is duur om te leveren aan plattelandsgemeenschappen op schaal en chemische stoffen kunnen een onaangename smaak toevoegen.
Karl Linden kijkt naar een bacteriële cultuur in zijn lab. Karl Linden inspecteert apparatuur voor het desinfecteren van drinkwaterTop: Karl Linden (links) inspecteert een bacteriecultuur met afgestudeerde student Tara Randall en postdoctoraal onderzoeksmedewerker Ben Ma in zijn lab; bodem: Linden en Randall check out tools voor het desinfecteren van drinkwater. (Credits: Casey Cass)
Linden, lid van het departement Civiele, Milieu- en Bouwkunde dat al tientallen jaren onderzoek doet naar waterbehandeling, richt zich op een andere oplossing: ultraviolette desinfectie. UV-stralen kunnen schadelijke ziekteverwekkers zoals E. coli en Giardia elimineren op een schaal van seconden in vergelijking met minuten, zonder schadelijke bijwerkingen. En hoewel het geen nieuw idee is - grote steden als New York gebruiken al UV in hun hulpprogramma's - is het er een die historisch moeilijk is geweest om het individuele consumentenniveau te bereiken.
"UV is al tientallen jaren, en wordt gebruikt in gemeentelijke en industriële waterbehandeling over de hele wereld, maar het potentieel voor verdere innovatie en toepassing is vertraagd als gevolg van het gebruik van gevaarlijke, omvangrijke kwikdamp lampen," zei Linden. "Maar we zijn geïnteresseerd in nieuwe UV-bronnen met unieke architecturen die ons in staat stellen om deze veelbelovende technologie te bevorderen."
Landelijk water
Linden en zijn collega's hebben de afgelopen jaren onderzoek gedaan naar UV-lichtgevende diodes, die kleiner zijn (millimeter breed), wendbaarder en duurzamer. UV LED's kunnen parallel worden opgetuigd, met multiple-emitting golflengte diodes om een scala aan gestroomlijnde toepassingen mogelijk te maken.
Een ander voordeel: De UV-LED's zijn "instant-on" en vereisen geen opwarmtijd voordat ze beginnen met zappen verontreinigingen, zodat gebruikers geld kunnen besparen door alleen de apparaten uit te voeren wanneer dat nodig is. Water uit een put, bijvoorbeeld, zou onmiddellijk na een snelle UV-behandeling drinkbaar zijn zonder de afknaeuze smaak van chloor.
Linden en zijn studenten onlangs voltooide een eerste-van-zijn-soort jaar-lange studie in Jamestown, Colorado, het vergelijken van UV LED-desinfectie aan de stad gevestigde chloor behandeling. Zij vonden dat voor een stad van ongeveer 500 mensen zonder een grote waterinstallatie, de UV-technologie even effectieve desinfectie mogelijkheden zonder de toegevoegde chemicaliën. De nieuwe technologie kost slechts een paar dollar per maand in elektriciteit en kan direct uit zonne-energie.
"Kleinschalige, landelijke systemen zijn een natuurlijke plek om te beginnen met deze," zei Linden. "Ze hebben de meerderheid van de schendingen van de gezondheid, omdat ze meestal niet over ingenieurs en toegewijde waterzuivering personeel. Ze kunnen vertrouwen op een systeem dat niet altijd correct werkt. Dus we vinden deze technologie een geweldige oplossing omdat deze op afstand, autonoom en aangedreven door zonne-energie kan worden gebruikt om de energie te verminderen."
Eerder dit jaar, Linden verdiende de Water Research Foundation Dr Pankaj Parekh Research Innovation Award voor zijn prestaties in de vooruitgang van de waterwetenschap.
Behandeling die duurt
In de komende jaren kunnen de volgende stappen bestaan uit het direct integreren van UV-LED's in de infrastructuur. Linden voorziet kranen met de diodes ingebouwd in de kranen, direct activeren wanneer u op het water. Zijn labgroep is begonnen met het zoeken naar manieren om diodes in buizen te bouwen om een systeembreed netwerk van ontsmettingspunten te creëren, waardoor de groei van biofilms in risicovolle omgevingen zoals ziekenhuizen wordt verzacht.
"We hebben echt het gevoel dat deze technologie is duurzaam en klaar om dit gebied te revolutioneren," zei Linden. "We willen direct met meer waterbeheerders nadenken over deze verbeteringen, nieuwe dingen proberen en het onderzoek uiteindelijk overbruggen naar de praktische toepassingen."
Landelijk, momentum rond de kwestie is gebouw. Dit najaar kondigde het Amerikaanse ministerie van Energie de oprichting aan van de $100 miljoen Energy-Water Desalination Hub, een interdisciplinair partnerschap dat zich zal richten op onderzoek en ontwikkeling in een vroeg stadium voor energie-efficiënte en kostenconslinische waterbehandeling. De inspanning zal worden geleid door de National Alliance for Water Innovation, waarvan CU Boulder een van de oprichters academische partner is.
Linden, die zal leiden de CU Boulder inspanningen onder de Hub, zegt dat de prestigieuze award onderstreept een hernieuwde belangstelling voor het aanpakken van de waterveiligheid, die altijd al zijn roeping.
"Ik voel me alsof ik op een missie om de samenleving te duwen in de volgende generatie van de behandeling benaderingen," zei hij. "Sommige innovaties hebben al grip gekregen en tractie gekregen. Maar we hebben zoveel vooruitgang geboekt in de maatschappij en technologie, zoals remote sensing, data analytics en real-time monitoring waar we nog niet optimaal gebruik van hebben gemaakt voor waterveiligheid."
Linden is ook de belangrijkste onderzoeker voor CU Boulder's Mortenson Center in Global Engineering op de 5-jaar, 15,3 miljoen dollar project Sustainable WASH Systems Learning Partnership, die zich richt op het behoud van de succesvolle uitvoering van watersystemen door organisaties als USAID op de lange termijn.
"In veel lage grondstoffen landen zien we een handpomp of watersysteem krijgen in en de behandeling wordt opgezet en het werkt voor een tijdje, maar dan uiteindelijk breekt en de vooruitgang is verloren," zei Linden. "Dus waarom is dat, en wat kan worden gedaan? Dat is wanneer we meer holistisch moeten nadenken over het systeem dat beschikbaar is om duurzame waterdiensten op lange termijn te ondersteunen, en verbeterde, geïntegreerde en innovatieve technologie, zoals waar we aan werken in het Mortenson Center, is een aspect van de oplossing."
Het einddoel? Wateroplossingen naadloos in het dagelijks leven brengen over de hele wereld.
"Je zet de kraan aan en het water komt eruit en het is al behandeld en je hoeft er niet eens over na te denken," zei hij. "Dat is de heilige graal."