International Polar Foundation – Avanceret vandbehandling og -filtrering

Innovativ vandforvaltning på forskningsstationen “Princess Elisabeth Antarctica”

International Polar Foundation (IPF) bruger løsninger fra ifm til at opnå målet om nul emissioner i Antarktis.

Nulemissionsbygninger vil blive obligatoriske i Europa fra 2028 som fastsat af EU. Det, der stadig er mere eller mindre uvist i vores del af verden, har længe været en realitet i Antarktis. Der trodser Princess Elisabeth Antarctica, som er den første nulemissionsforskningsstation, de barske forhold. Den ikoniske avantgardebygning er hjemsted for sandsynligvis den sydligste anvendelse af automatiseringsteknologi fra ifm.

Det er et kontinent fuldt af ekstremer. Is op til en tykkelse på 5.000 meter, en årlig gennemsnitstemperatur på -55 °C og næsten 6 måneders mørke: Antarktis er sandsynligvis det mest ugæstfrie sted for mennesker at slå sig ned permanent – og alligevel rejser forskere regelmæssigt til Sydpolen for at arbejde inden for en bred vifte af forskningsområder såsom glaciologi, klimaforskning, mikrobiologi og geologi for at opnå en bedre forståelse af verden.

International Polar Foundation (IPF) har i samarbejde med den belgiske regering og utallige private partnere grundlagt forskningsstationen “Princess Elisabeth Antarctica” for at lette polarforskning samtidig med at beskytte miljøet. Stationen, som åbnede i 2009, er unik, fordi den er den første og indtil videre eneste forskningsbase i Antarktis, der arbejder emissionsfrit. Stationen er beboet i fire måneder af året og fortsætter med at arbejde selvstændigt i de otte vintermåneder, hvor den indsamler forskningsdata, som den sender til Belgien via satellit.

Nul emissioner, selv for vandforbrug

Elektriciteten, der kræves for at drive anlægget, genereres af vind- og solenergi. Sne og is forsyner forskerne og teknikerne med vand. Og det er præcist her, i forbindelse med produktion og behandling af vand, at der er et stort ansvar: “For at imødekomme nulemissionsmandatet for vandforvaltning er gendannelsen af renheden af det vand, der er udvundet af sne, efter det er brugt, og før det returneres til naturen, af afgørende betydning. Dette er den eneste måde, vi virkelig kan lukke vandkredsløbet på og minimere vores indvirkning på naturen,” siger Aymar de Lichtervelde, ingeniøren, der er ansvarlig for projektet.

Fra 16 til 50 personer

For at fortsætte med dette i fremtiden blev et nyt vandbehandlingsanlæg sat i drift i Antarktis i sommeren 2023/24. “Polarstationen, der blev bygget i 2009, var beregnet til 16 personer. I dag arbejder der mellem 40 og 50 personer på polarstationen i sommermånederne. Derfor var det nødvendigt at udvide vandbehandlingsanlægget for fortsat at opfylde behovet – og for at kunne behandle en større mængde industrivand.”

Højere genanvendelsesprocent, lavere energiforbrug

Aymar de Lichtervelde forklarer, hvad dette betyder i tal: “Vi anslår, at der er et dagligt vandbehov på ca. 50 liter pr. person. Dette er tre gange mindre end det gennemsnitlige forbrug i en husholdning i Europa. Det er vigtigt at nævne dette, fordi det første trin lige som med energi altid er at reducere forbruget. Det næste trin drejer sig om vandudvinding: vi genererer 60 procent af vores vand fra naturen ved at smelte sne, berige det med mineraler og behandle det til drikkevand. 40 procent bliver genbrugt fra behandlet spildevand.” Denne store andel af genbrugt vand skyldes det nye behandlingsanlæg – tidligere kunne kun 20 procent af vandet genbruges. Stigningen har en positiv effekt på stationens energibehov, fordi genbrug af vandet kræver ti gange mindre energi end at smelte sne.

Fra 55 liter industrivand er der 30 gram tør slam tilbage

“Vi kan nu behandle 100 procent af det grå og sorte vand, der genereres i anlægget, enten for at føre til det tilbage i vores interne kredsløb eller for at returnere det til naturen som renset vand. Da Antarktis ikke er et land, er der ingen fastsatte standarder for kvaliteten af det vand, vi må udlede. Madridprotokollen opstiller flere eksempler på god praksis, der skal følges, men angiver ingen kvantitative standarder. Derfor følger vi anbefalingerne for drikkevand, der er fastsat af Verdenssundhedsorganisationen. Dette grundlag er ambitiøst set fra et økologisk synspunkt og er også fordelagtigt for vores aktiviteter, fordi vi kan genbruge vandet, uden at det er et problem for brugerne.” Et par andre tal er også imponerende: behandlingsanlægget kan behandle 54 ud af 55 liter grå og sort vand og gøre det til ultrarent vand. Der er kun 30 gram tør slam tilbage om dagen, resten fordamper. Slammen opsamles og bliver efter et par år eksporteret til Sydafrika for at blive forbrændt.

Merværdien ved IO-Link stod hurtigt klart

“Alt dette kan kun opnås i et bæredygtigt omfang, hvis systemet fungerer korrekt,” siger Aymar de Lichtervelde. “Derfor besluttede vi at bruge teknologi, der var robust, nem at vedligeholde og nem at udskifte i en nødsituation, da vi påbegyndte planlægningen af det nye vandbehandlingsanlæg. Dat vi så nærmere på IO-Link, blev vi hurtigt klar over, at vi ønskede at bruge denne teknologi til at integrere sensorerne i anlægget, fordi den gav os merværdi på så mange måder.”IO-Link er et digitalt punkt-til-punkt-kommunikationssystem, hvor sensorer sender deres data til en master, som derefter videresender dem til feltbusniveauet. I stedet for at trække kabler fra hver sensor og ind i styreskabet som ved konventionel analog ledningsføring, kan sensorsignalerne indsamles decentralt af felt-kompatible IO-Link mastere, som derefter bundtes og sendes til det næsthøjeste feltniveau.

Enkel parameterindstilling, nem installation på stedet

“ifm’s felt-kompatible IO-Link mastere reducerede den komplicerede ledningsføring betydeligt”, siger Aymar de Lichtervelde. En anden fordel ved teknologien er, at de individuelle sensorers parametre kan gemmes på den respektive master. Når en defekt sensor udskiftes med en identisk model, bliver parametrene automatisk overført til den nye enhed. ”Dette er yderst værdifuldt for os, fordi udskiftningen på stedet således kan udføres hurtigt og nemt. Selv af personer, der ikke er teknikere.”

Princess Elisabeth Antarctica er kun tilgængelig for forskere i fire måneder af året. Denne kostbare tid gør det endnu mere afgørende, at systemerne fungerer pålideligt. “Derfor har vi på forhånd bygget hele det nye anlæg i Belgien og testet det intensivt. Derefter blev alt demonteret til mindre komponenter til forsendelse. Her fungerede IO-Link princippet også godt for os, fordi de standardiserede M12-stik betød, at kabelomlægningen på stedet blev udført uden fejl og på kort tid.”

SM-flowmåler: fremstillet til trange steder

Det nye anlæg, der består at to redundante systemer, er blevet udstyret med SM-flowmålere fra automatiseringsspecialisten ifm. Ud over den aktuelle flowhastighed detekterer de også mediets samlede flowhastighed og temperatur. Alle værdier bliver vist tydeligt på displayet. Hvis det ønskes, viser et rødt/grønt farveskift, om værdierne er inden for eller uden for målområdet. Det optimerede målerør sikrer et lavere tryktab, så pumpeydelsen kan reduceres. Der kræves hverken et indløbs- eller et udløbsrør. Dette er en kæmpe fordel, især på trange steder. Andre sensorer, herunder ventilsensorer og niveausensorer, giver yderligere vigtige oplysninger om vandbehandlingens aktuelle status.

Tilstandsovervågning af anlægget, også via fjernadgang

Information, der er relevant for styreenheden og for kontinuerlig tilstandsovervågning, dvs. alle målte værdier, bliver også sendt til it-niveauet – sammen med yderligere diagnosedata, der giver information om hver enkelt IO-Link sensors aktuelle status. “Dette forenkler ikke kun vedligeholdelsen, når vi er på stationen, men giver os også mulighed for at fjernovervåge anlæggets tilstande i de antarktiske vintermåneder – og gør det klar til brug i den næste forskningssæson.”

Felt-kompatible IO-Link mastere fra ifm reducerede den komplicerede ledningsføring betydeligt. Dette er yderst værdifuldt for os, fordi udskiftningen på stedet således kan udføres hurtigt og nemt.

Aymar de Lichtervelde Projektansvarlig Ingeniør

Om IPF

International Polar Foundation blev grundlagt i 2002 af en belgisk videnskabsmand og polarforsker, har hjemsted i Bruxelles og repræsenterer en ny slags forbindelse mellem videnskab og samfund. Fonden stræber efter at fremme videnskabens og forskningens rolle i polarområderne ved at revurdere de indbyrdes relationer mellem vores planet, dens sårbarhed, menneskelige aktiviteters indvirkning på miljøet og udviklingen af tusindårige klimacyklusser.