International Polar Foundation – Προηγμένη επεξεργασία και φιλτράρισμα νερού

Πρωτοποριακή διαχείριση νερού στον ερευνητικό σταθμό «Princess Elisabeth Antarctica»

Το International Polar Foundation (IPF) χρησιμοποιεί λύσεις της ifm για να επιτύχει τον στόχο μηδενικών εκπομπών στην Ανταρκτική.

Τα κτίρια μηδενικών εκπομπών θα καταστούν υποχρεωτικά στην Ευρώπη από το 2028, όπως ορίστηκε από την ΕΕ. Αυτό που παραμένει λίγο ως πολύ εκκρεμότητα στην δική μας πλευρά του πλανήτη, αποτελεί πραγματικότητα εδώ και μεγάλο διάστημα στην Ανταρκτική. Εκεί, ο σταθμός Princess Elisabeth Antarctica, ο πρώτος ερευνητικός σταθμός μηδενικών εκπομπών, αψηφά τις αντίξοες συνθήκες. Το εικονικό, avant-garde κτίριο στεγάζει πιθανά τις πλέον νότιες εφαρμογές της τεχνολογίας αυτοματισμού της ifm.

Είναι μια ήπειρος των άκρων. Πάγος με πάχος μέχρι 5.000 μέτρα, μέση ετήσια θερμοκρασία -55 °C, περίπου 6 μήνες σκοτάδι: Η Ανταρκτική είναι πιθανά το πιο αφιλόξενο μέρος για την μόνιμη εγκατάσταση του ανθρώπου – ωστόσο οι ερευνητές ταξιδεύουν συχνά στον Νότιο Πόλο για να εργαστούν σε μια μεγάλη ποικιλία ερευνητικών τομέων, όπως η μελέτη των παγετώνων, η κλιματική έρευνα, η μικροβιολογία και η γεωλογία, όλα για να αποκτήσουν καλύτερη κατανόηση του κόσμου.

Για τη διευκόλυνση της έρευνας στους πόλους με παράλληλη προστασία του περιβάλλοντος, το International Polar Foundation (IPF), σε συνεργασία με την βελγική κυβέρνηση και πολυάριθμους ιδιωτικούς συνεργαζόμενους φορείς, ίδρυσε τον ερευνητικό σταθμό «Princess Elisabeth Antarctica». Ο σταθμός, ο οποίος άνοιξε το 2009, είναι μοναδικός καθώς είναι ο πρώτη και μέχρι τώρα η μοναδική ερευνητική βάση στην Ανταρκτική που λειτουργεί χωρίς εκπομπές. Ο σταθμός κατοικείται για τέσσερις μήνες το έτος και κατά τη διάρκεια των οκτώ χειμερινών μηνών συνεχίζει να λειτουργεί αυτόνομα, συλλέγοντας ερευνητικά δεδομένα και αποστέλλοντάς τα στο Βέλγιο μέσω δορυφόρου.

Μηδενικές εκπομπές ακόμη και για την κατανάλωση νερού

Ο ηλεκτρισμός που απαιτείται για τη λειτουργία της εγκατάστασης παράγεται με αιολική και ηλιακή ενέργεια. Το χιόνι και ο πάγος παρέχουν στους ερευνητές και τους τεχνικούς νερό. Και ακριβώς εδώ, στην παραγωγή και επεξεργασία νερού έγκειται η μεγάλη ευθύνη: «Για την κάλυψη της απαίτησης μηδενικών εκπομπών στη διαχείριση νερού, η αποκατάσταση της καθαρότητας του νερού που εξάγεται από το χιόνι μετά τη χρήση και πριν την επιστροφή του στη φύση είναι κρίσιμης σημασίας. Αυτός είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο μπορούμε να κλείσουμε πραγματικά τον κύκλο του νερού και να ελαχιστοποιήσουμε την επίπτωσή μας στο περιβάλλον της Ανταρκτικής» δηλώνει ο Aymar de Lichtervelde, ο υπεύθυνος μηχανικός του έργου.

Από 16 έως 50 άτομα

Για τη συνέχεια στο μέλλον, η νέα εγκατάσταση επεξεργασίας νερού τέθηκε σε λειτουργία στην Ανταρκτική το καλοκαίρι του 2023/24. «Ο πολικός σταθμός κατασκευάστηκε το 2009 και σχεδιάστηκε για 16 άτομα. Σήμερα, απασχολούνται εκεί μεταξύ 40 και 50 άτομα κατά τους θερινούς μήνες. Συνεπώς, η εγκατάσταση επεξεργασίας νερού έπρεπε να επεκταθεί ώστε να συνεχίσει να καλύπτει τη ζήτηση και να είναι σε θέση να επεξεργαστεί μεγαλύτερο όγκο νερού βιομηχανικής χρήσης.»

Υψηλότερος ρυθμός ανακύκλωσης, χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας

Ο Aymar de Lichtervelde εξηγεί τι σημαίνει αυτό σε αριθμούς: «Υπολογίζουμε μέση ημερήσια ζήτηση νερού περίπου 50 λίτα κατ’ άτομο. Αυτό είναι τρεις φορές λιγότερο από τη μέση οικιακή κατανάλωση στην Ευρώπη. Αυτό είναι σημαντικό να αναφερθεί γιατί, όπως και με την ενέργεια, το πρώτο βήμα είναι πάντα η μείωση της κατανάλωσης. Το επόμενο βήμα αφορά στην εξαγωγή νερού: παράγουμε το 60 τοις εκατό του νερού από τη φύση λιώνοντας χιόνι, εμπλουτίζοντάς το με μέταλλα και υποβάλλοντάς το σε επεξεργασία για τη μετατροπή του σε πόσιμο νερό. 40 τοις εκατό είναι επαναχρησιμοποιούμενο από επεξεργασμένα υδάτινα λύματα.» Η υψηλή αναλογία νερού επανάχρησης οφείλεται στο σύνολό της στη νέα εγκατάσταση επεξεργασίας – παλαιότερα μόνο 20 τοις εκατό του νερού μπορούσε να επαναχρησιμοποιηθεί. Αυτή η αύξηση έχει θετική επίδραση στις ενεργειακές απαιτήσεις του σταθμού, καθώς η ανακύκλωση νερού απαιτεί δέκα φορές λιγότερη ενέργεια από την τήξη χιονιού.

Από 55 λίτρα νερού βιομηχανικής χρήσης απομένουν 30 γραμμάρια ξηρής ίλυος

«Μπορούμε πλέον να επεξεργαστούμε το 100 τοις εκατό του γκρι και μαύρου νερού που παράγεται στην εγκατάσταση, είτε για εκ νέου τροφοδοσία στον εσωτερικό κύκλο ή για την επιστροφή του στη φύση ως απιονισμένο νερό. Δεδομένου ότι η Ανταρκτική δεν είναι χώρα, δεν υπάρχουν καθιερωμένα πρότυπα για την ποιότητα του νερού που επιτρέπεται να απορριφθεί. Το Πρωτόκολλο της Μαδρίτης ορίζει πολλές βέλτιστες πρακτικές που πρέπει να τηρούνται αλλά δεν παρέχει ποσοτικά πρότυπα. Συνεπώς, ακολουθούμε τις συστάσεις για το πόσιμο νερό που ορίζονται από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας. Αυτή η βάση είναι φιλόδοξη από οικολογικής πλευράς και επίσης επωφελής για τις εργασίες μας, καθώς μπορούμε να επαναχρησιμοποιήσουμε το νερό χωρίς αυτό να αποτελεί πρόβλημα για τους χρήστες.» Μερικά ακόμη αριθμητικά στοιχεία είναι εξίσου εντυπωσιακά: η εγκατάσταση επεξεργασίας μπορεί να επεξεργαστεί τα 54 από τα 55 λίτρα γκρι και μαύρου νερού, μετατρέποντάς στο σε υπερ-καθαρό νερό. Μόνο 30 γραμμάρια ξηρής ίλυος απομένουν κάθε ημέρα, το υπόλοιπο εξατμίζεται. Η ίλυς συλλέγεται και μετά από μερικά χρόνια εξάγεται στη Νότια Αφρική προς καύση.

Η πρόσθετη αξία του IO-Link έγινε σύντομα εμφανής

«Όλα αυτά μπορούν να επιτευχθούν σε βιώσιμη κλίμακα μόνο εφόσον το σύστημα λειτουργεί σωστά» δηλώνει ο Aymar de Lichtervelde. «Για τον λόγο αυτό, όταν ξεκινήσαμε τον σχεδιασμό της νέας εγκατάστασης επεξεργασίας νερού δύο χρόνια πριν, αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε μια τεχνολογία στιβαρή, εύκολη στη συντήρηση και την αντικατάσταση σε περίπτωση ανάγκης. Όταν εξετάσαμε πιο προσεκτικά το IO-Link, σύντομα διαπιστώσαμε ότι θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε αυτή την τεχνολογία για την ενοποίηση των αισθητήρων στην εγκατάσταση, καθώς προσέφερε πρόσθετη αξία με πάρα πολλούς τρόπους.”Το IO-Link είναι ένα ψηφιακό σύστημα επικοινωνίας μεταξύ σημείων στο οποίο οι αισθητήρες μεταδίδουν τα δεδομένα σε μια κύρια μονάδα, η οποία με τη σειρά της τα προωθεί στο επίπεδο του διαύλου πεδίου. Αντί για τη διάστρωση καλωδίων από κάθε αισθητήρα στον πίνακα ελέγχου, όπως ισχύει για τη συμβατική αναλογική καλωδίωση, τα σήματα αισθητήρα μπορούν να συγκεντρωθούν αποκεντρωμένα από κύριες μονάδες IO-Link συμβατές με το πεδίο και να ομαδοποιηθούν και να ομαδοποιηθούν στο επόμενο υψηλότερο επίπεδο του πεδίου.

Απλή ρύθμιση παραμέτρων, εύκολη επιτόπια εγκατάσταση

«Οι συμβατές με το πεδίο κύριες μονάδες IO-Link της ifm απλοποιούν σημαντικά την αντιστοίχιση συνδέσεων,» δηλώνει ο Aymar de Lichtervelde. Ακόμη ένα πλεονέκτημα της τεχνολογίας είναι ότι ιο παράμετροι των μεμονωμένων αισθητήρων μπορούν να αποθηκευτούν στην αντίστοιχη κύρια μονάδα. Κατά την αντικατάσταση ενός ελαττωματικού αισθητήρα με ένα πανομοιότυπο μοντέλο, οι παράμετροι μεταφέρονται αυτόματα στη νέα συσκευή. «Αυτό είναι ιδιαίτερα πολύτιμο για εμάς, καθώς η επιτόπια αντικατάσταση μπορεί έτσι να εκτελεστεί γρήγορα και με ευκολία. Ακόμη και από μη τεχνικά καταρτισμένο προσωπικό.»

Ο σταθμός Princess Elisabeth Antarctica είναι διαθέσιμος στους ερευνητές μόνο για τέσσερις μήνες το έτος. Αυτός ο πολύτιμος χρόνος κάνει ακόμη πιο επιτακτική την ανάγκη για τα συστήματα να λειτουργούν αξιόπιστα. «Συνεπώς, κατασκευάζουμε την πλήρη νέα εγκατάσταση στο Βέλγιο εκ των προτέρων και την υποβάλλουμε σε διεξοδικές δοκιμές. Στη συνέχεια, όλα αποσυναρμολογούνται σε μικρότερα εξαρτήματα για την αποστολή. Και εδώ, η αρχή του IO-Link απέδωσε ικανοποιητικά, καθώς τσ τυποποιημένα βύσματα M12 διασφάλισαν ότι η εκ νέου αντιστοίχιση της καλωδίωσης στην τοποθεσία εγκατάστασης εκτελέστηκε χωρίς σφάλματα και σε μικρό χρονικό διάστημα.»

Αισθητήρας ροής SM: κατασκευασμένος για περιορισμένους χώρους

Η νέα εγκατάσταση, αποτελούμενη από δύο συστήματα σε εφεδρεία, έχει εξοπλιστεί με αισθητήρες ροής SM από την ειδική στον αυτοματισμό ifm. Επιπρόσθετα του ρυθμού ροής ρεύματος, ανιχνεύουν επίσης το συνολικό ρυθμό ροής και τη θερμοκρασία του μέσου. Όλες οι τιμές εμφανίζονται με σαφήνεια στην οθόνη. Εφόσον είναι επιθυμητό, η εναλλαγή κόκκινου/πράσινου χρώματος υποδεικνύει κατά πόσο οι τιμές είναι εντός ή εκτός του επιθυμητού εύρους. Ο βελτιστοποιημένος σωλήνας μέτρησης εξασφαλίζει μικρότερη απώλεια πίεσης, ώστε η απόδοση της αντλίας να μπορεί να μειωθεί. Δεν απαιτείται σωλήνας εισόδου ή εξόδου. Αυτό είναι πολύ μεγάλο πλεονέκτημα, ιδιαίτερα σε περιορισμένους χώρους. Άλλοι αισθητήρες, συμπεριλαμβανομένων των αισθητήρων βαλβίδας και των αισθητήρων στάθμης, παρέχουν πρόσθετες, πολύτιμες πληροφορίες για την τρέχουσα κατάσταση της επεξεργασίας νερού.

Επιτήρηση της κατάστασης της εγκατάστασης και μέσω απομακρυσμένης πρόσβασης

Πληροφορίες σχετικές με τον ελεγκτή και για τη συνεχή επιτήρηση κατάστασης, π.χ. όλες οι μετρούμενες τιμές μεταδίδονται επίσης στο επίπεδο IT – μαζί με πρόσθετα διαγνωστικά δεδομένα που παρέχουν πληροφορίες για την τρέχουσα κατάσταση κάθε μεμονωμένου αισθητήρα IO-Link. «Αυτό δεν απλοποιεί μόνο τη συντήρηση στον σταθμό, επιτρέπει επίσης την απομακρυσμένη παρακολούθηση της κατάστασης της εγκατάστασης κατά τη διάρκεια των χειμερινών μηνών της Ανταρκτικής – και την προετοιμασία της για χρήση κατά την επόμενη ερευνητική σεζόν.»

Οι συμβατές με το πεδίο κύριες μονάδες IO-Link της ifm απλοποιούν σημαντικά την αντιστοίχιση συνδέσεων. Αυτό είναι ιδιαίτερα πολύτιμο για εμάς, καθώς η επιτόπια αντικατάσταση μπορεί έτσι να εκτελεστεί γρήγορα και με ευκολία.

Aymar de Lichtervelde Υπεύθυνος μηχανικός έργου

Σχετικά με την IPF

Με έτος ίδρυσης το 2002 από έναν Βέλγο επιστήμονα και ερευνητή των πόλων, η International Polar Foundation, με έδρα τις Βρυξέλλες αποτελεί ένα νέο είδος σύνδεσης μεταξύ της επιστήμης και της κοινωνίας. Το ίδρυμα επιδιώκει να προάγει τον ρόλο της επιστήμης και της έρευνας στις πολικές περιοχές, επανεξετάζοντας την αλληλοσυνδεσιμότητα του πλανήτη μας, την ευθραστότητά του, την επίδραση της ανθρώπινης δραστηριότητας στο περιβάλλον και την εξέλιξη των χιλιετών κλιματικών κύκλων.