Mezinárodní polární nadace – pokročilá úprava a filtrace vody

Inovativní hospodaření s vodou na výzkumné stanici „Princess Elisabeth Antarctica“

Mezinárodní polární nadace (IPF) využívá řešení společnosti ifm k dosažení cíle, kterým jsou nulové emise v Antarktidě.

Z rozhodnutí EU budou budovy s nulovými emisemi v Evropě povinné od roku 2028. To, co je v naší části světa stále hudbou budoucnosti, je v Antarktidě už dávno realitou. Právě zde první výzkumná stanice s nulovými emisemi Princess Elisabeth Antarctica vzdoruje drsným podmínkám. V této ikonické avantgardní budově se nachází pravděpodobně nejjižnější aplikace automatizační technologie od ifm.

Je to kontinent extrémů. Led o tloušťce až 5 000 metrů, průměrná roční teplota -55 °C, téměř 6 měsíců tmy: Antarktida je pravděpodobně nejnehostinnějším místem na světě, kde se lidé mohou trvale usadit. A přesto na jižní pól pravidelně cestují vědci, aby zde pracovali v nejrůznějších oblastech výzkumu, jako je glaciologie, výzkum klimatu, mikrobiologie a geologie. A to vše za účelem lepšího poznání světa.

Mezinárodní polární nadace (IPF) ve spolupráci s belgickou vládou a řadou soukromých partnerů založila výzkumnou stanici „Princess Elisabeth Antarctica“, aby usnadnila polární výzkum a zároveň chránila životní prostředí. Stanice, která byla otevřena v roce 2009, je jedinečná tím, že je první a zatím jedinou výzkumnou základnou v Antarktidě, která funguje bez emisí. Stanice je obydlená čtyři měsíce v roce a během osmi zimních měsíců pokračuje v autonomním provozu, sbírá výzkumná data a posílá je přes satelit do Belgie.

Nulové emise dokonce i při spotřebě vody

Elektřina potřebná k provozu zařízení se vyrábí z větrné a solární energie. Vodu čerpají výzkumníci a technici ze sněhu a ledu. A právě zde, při produkci a úpravě vody, leží velká odpovědnost: „Pro splnění závazku nulových emisí v oblasti hospodaření s vodou je zásadní zajistit, aby voda získaná ze sněhu byla po použití (a tedy před návratem do přírody) opět čistá. Jedině tak můžeme skutečně uzavřít koloběh vody a minimalizovat náš dopad na antarktickou přírodu“, říká Aymar de Lichtervelde, inženýr zodpovědný za projekt.

Od 16 do 50 lidí

Aby bylo možné takto pokračovat i v budoucnu, byla během antarktického léta 2023/24 uvedena do provozu nová úpravna vody. „Polární stanice postavená v roce 2009 byla navržena pro 16 osob. Dnes zde v letních měsících pracuje 40 až 50 lidí. Proto musela být úpravna vody rozšířena, aby mohla i nadále pokrývat poptávku. A rovněž aby byla schopna zpracovávat větší množství průmyslové vody.“

Vyšší míra recyklace, nižší spotřeba energie

Aymar de Lichtervelde vysvětluje, co to znamená v číslech: „Odhadujeme, že denní potřeba vody je přibližně 50 litrů na osobu. To je třikrát méně než průměrná spotřeba na osobu v běžné domácností v Evropě. To je důležitá věc, protože stejně jako v případě spotřeby energie je první krok vždy stejný: snížení spotřeby. Další krok se týká získávání vody: celkem 60 % vody získáváme procesem tání sněhu z přírody. Vodu obohacujeme o minerály a zpracováváme na pitnou vodu. Zbylých 40 % se opětovně využívá vyčištěním odpadní vody.“ Tento vysoký podíl opětovně využívané vody je zásluhou nové úpravny vody – dříve bylo možné opětovně využívat pouze 20 % vody. Toto zvýšení má pozitivní vliv na energetickou náročnost stanice, protože recyklace vody vyžaduje desetkrát méně energie než proces tání sněhu.

Z 55 litrů průmyslové vody zůstane 30 gramů suchého kalu

„Nyní můžeme zpracovávat 100 % šedé (splaškové) a černé vody (z toalet), která vzniká na stanici, a buď ji vrátit zpět do našeho vnitřního cyklu, nebo ji vrátit do přírody jako vyčištěnou vodu. Vzhledem k tomu, že Antarktida není stát, nejsou zde stanoveny žádné normy pro kvalitu vody, kterou smíme vypouštět. Madridský protokol stanoví několik osvědčených postupů, které je třeba dodržovat, ale nestanovuje kvantitativní normy. Proto se řídíme doporučeními pro pitnou vodu stanovenými Světovou zdravotnickou organizací. Její požadavky jsou z ekologického hlediska ambiciózní a současně výhodné pro způsob, jakým fungujeme, protože vodu můžeme znovu použít, aniž by to pro uživatele představovalo problém.“ Působivé jsou i některé další údaje: úpravna vody dokáže vyčistit 54 z 55 litrů šedé a černé vody a přeměnit ji na ultračistou vodu; denně zůstane pouze 30 gramů suchého kalu, zbytek se odpaří; kal se shromažďuje a po několika letech se vyváží do Jihoafrické republiky, kde se spaluje.

Přidaná hodnota IO-Link se brzy projevila

„Toho všeho lze v udržitelném měřítku dosáhnout pouze tehdy, pokud systém funguje správně“, říká Aymar de Lichtervelde. „Proto jsme se před dvěma lety, když jsme začali plánovat novou úpravnu vody, rozhodli použít technologii, která je robustní, snadná na údržbu a v případě nouze ji lze snadno vyměnit. Když jsme se blíže seznámili s technologií IO-Link, brzy jsme si uvědomili, že chceme toto řešení použít k integraci senzorů do naší úpravny vody, protože nám nabízí přidanou hodnotu v mnoha ohledech.“IO-Link je digitální komunikační systém typu point-to-point (dvoubodový), v němž senzory přenášejí data do master zařízení, které je následně předává na úroveň sběrnice. Namísto toho, aby byly vedeny kabely z každého senzoru do rozvaděče, jako je tomu u běžného analogového zapojení, lze signály ze senzorů decentralizovaně sbírat pomocí IO-Link masterů pro použití v terénu a následně je sdružovat a přenášet na další nejvyšší úroveň.

Jednoduché nastavení parametrů, snadná instalace na místě

„Mastery IO-Link společnosti ifm pro použití v terénu výrazně snížily složitost zapojení“, říká Aymar de Lichtervelde. Další výhodou této technologie je, že parametry jednotlivých senzorů lze uložit do příslušného masteru. Při výměně vadného senzoru za identický model se parametry automaticky přenesou do nového zařízení. „To je pro nás velmi cenné, protože výměnu přímo na místě pak lze provést rychle a snadno. A mohou ji provést i lidé bez technického vzdělání.“

Výzkumná stanice Princess Elisabeth Antarctica je vědcům k dispozici pouze čtyři měsíce v roce. Jde o drahocenný čas a je tak o to důležitější, aby systémy spolehlivě fungovaly. „Proto jsme v Belgii předem sestavili kompletní novou úpravnu vody a intenzivně ji testovali. Poté bylo vše rozebráno na menší díly a přepraveno. I zde nám princip IO-Link hodně pomohl, protože díky standardizovaným konektorům M12 bylo přepojení na místě provedeno bez chyb a rychle.“

Senzor proudění řady SM: stvořen pro stísněné prostory

Nová úpravna vody, která se skládá ze dvou redundantních systémů, byla vybavena senzory proudění řady SM od ifm, specialisty na automatizaci. Kromě aktuálního průtoku detekují senzory také celkový průtok a teplotu média. Všechny hodnoty jsou přehledně zobrazeny na displeji. Změna červené/zelené barvy v případě potřeby indikuje, zda jsou hodnoty v rámci cílového rozsahu, nebo mimo něj. Optimalizované měřicí potrubí zajišťuje nižší tlakovou ztrátu, takže je možné snížit výkon čerpadla. Přívodní ani odvodní potrubí není nutné. To je obrovská výhoda, zejména ve stísněných prostorách. Další senzory, včetně senzorů ventilů a hladinových senzorů, poskytují dodatečné důležité informace o aktuálním stavu úpravy vody.

Monitorování stavu úpravny vody je možné rovněž prostřednictvím vzdáleného přístupu

Informace důležité pro řídicí jednotku a pro průběžné monitorování stavu, tj. všechny naměřené hodnoty, jsou rovněž přenášeny na úroveň IT – spolu s dalšími diagnostickými údaji, které poskytují informace o aktuálním stavu každého jednotlivého senzoru IO-Link. „To nejen zjednodušuje provádění údržby na stanici, ale také nám to umožňuje vzdáleně monitorovat stav úpravny vody během antarktických zimních měsíců a připravit ji tak k použití během další výzkumné sezóny.“

Mastery IO-Link společnosti ifm pro použití v terénu výrazně snížily složitost zapojení. To je pro nás velmi cenné, protože výměnu přímo na místě pak lze provést rychle a snadno.

Aymar de Lichtervelde Inženýr odpovědný za projekt

O společnosti IPF

Mezinárodní polární nadace se sídlem v Bruselu, kterou v roce 2002 založil belgický vědec a polární badatel, představuje nový druh spojení mezi vědou a společností. Nadace se snaží podporovat roli vědy a výzkumu v polárních oblastech tím, že znovu zkoumá vzájemnou propojenost naší planety, její křehkost, dopad lidské činnosti na životní prostředí a vývoj tisíciletých klimatických cyklů.