Membránové moduly, které vrací cenné látky z odpadní vody zpět do výroby a zároveň šetří životní prostředí. Na jejich vývoji pracuje tým z Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace Technické univerzity v Liberci ve spolupráci s firmami MEGA Group a MemBrain. Při návrhu nových průmyslových zařízení využívají počítačové modelování a 3D tisk, což celý proces urychluje, zpřesňuje a zlevňuje.
Znečištěná voda v průmyslu často neobsahuje jen to, co je potřeba vyčistit a odvést pryč. Bývají v ní i soli, kyseliny, zásadité látky nebo další složky, jejichž výroba je drahá a jejich odstranění složité. Tým odborníků proto vyvíjí nový přístup k návrhu zařízení, které tyto látky dokáže z vody oddělit a umožnit jejich opětovné využití.
Odpadní voda jako poklad
Nejde přitom jen o samotné čištění vody. Nový přístup mění logiku nakládání se znečištěnou vodou: z toho, co bylo dosud považováno za odpad, se znovu stává cenná surovina. Voda se může vracet zpět do výroby, například pro chlazení nebo další technologické kroky, a cenné chemické látky zůstávají v oběhu místo toho, aby končily ve ztrátách nebo zatěžovaly životní prostředí.
Každý průmyslový provoz navíc potřebuje trochu jiné řešení, takže univerzální přístup k čištění vody nefunguje. „Každá odpadní voda má jiné složení, a tomu se musí přizpůsobit i samotná membránová technologie. Navrhujeme ji tak, aby co nejlépe odpovídala konkrétnímu provozu. Univerzální řešení by bylo větší, dražší a náročnější na údržbu,“ vysvětluje Martin Seidl, řešitel projektu za Ústav pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace Technické univerzity v Liberci (CXI TUL).
Místo drahého a zdlouhavého postupu založeného na neustálém zkoušení a úpravách proto projekt staví na zkušenostech týmu, počítačovém modelování a vlastní metodě 3D tisku se silikonem. Výsledkem je rychlejší vývoj, levnější prototypy a technologie, které mohou výrazně snížit energetické náklady i ekologickou stopu průmyslových provozů.
Když musí všechno sedět přesně
Vyvinout takové zařízení ale není jednoduché. Jedná se o elektrodialyzační moduly, což je jinými slovy membránový systém, jehož výroba se dá přirovnat ke skládání jemného sendviče z mnoha tenkých vrstev, které do sebe musí zapadnout s velkou přesností. Když je některá část příliš stlačená, může se poškodit. Když naopak nedoléhá dostatečně, celý systém netěsní a nefunguje tak, jak má.
Digitální návrh: cesta k dokonalému modulu
Klíčovou roli proto hraje počítačové modelování. Výzkumníkům umožňuje předem vidět, kde by se zařízení mohlo deformovat, kde je třeba konstrukci doladit a jak celý modul optimalizovat, aby byl co nejspolehlivější. Dříve bylo nutné vše zdlouhavě testovat, opravovat a znovu ověřovat. Každý krok zabíral čas a byl finančně náročný. Dnes simulace umožňují navrhovat nové moduly v kratším čase, přesněji a s minimem fyzických prototypů.
3D tisk zkracuje čekání
Vývoj ale nekončí u počítače. Tým přišel i s vlastním způsobem 3D tisku, který umožňuje vyrábět součásti kombinující pevné části a pružné silikonové prvky. Místo dlouhého čekání na jednotlivé díly mohli výzkumníci testovat více variant v kratším čase. Lépe tak pochopili, jak tvar a uspořádání jednotlivých částí ovlivňují fungování celého zařízení. Právě tato zkušenost je posunula k nové generaci lépe navržených modulů.
„Klasická výroba podobných prvků vyžaduje drahé vstřikovací formy. Právě 3D tisk nám umožnil rychleji a levněji testovat různé varianty, ladit geometrii modulu a posunout vývoj výrazně efektivněji,“ vysvětluje Martin Seidl.
Budoucnost vývoje stojí na modelování
Přínos nového řešení je velmi konkrétní. Inovovaná zařízení mohou snížit spotřebu energie až o 40 %, omezit počet jednotek potřebných v provozu a zároveň snížit náklady na údržbu. Výhodou je i široké využití. Technologie může najít uplatnění v chemickém průmyslu, textilní výrobě, energetice i při recyklaci baterií.
V dalších letech se očekává, že řešení vyvinutá ve spolupráci firem MEGA a MemBrain s CXI TUL najdou své místo i v širokém spektru běžných průmyslových provozů. Počítačový model se zároveň postupně stává běžnou součástí návrhu a vývoje a pomáhá vytvářet zařízení, která jsou přesnější, odolnější a úspornější.
Komentáře