International Polar Foundation – avancerad vattenrening och vattenfiltrering

Innovativ vattenhantering vid forskningsstationen "Princess Elisabeth Antarctica"

International Polar Foundation (IPF) använder ifm-lösningar för att uppnå målet om nollutsläpp i Antarktis.

Utsläppsfria byggnader kommer att vara obligatoriska i Europa från och med 2028, enligt EU:s beslut. Det som fortfarande är mer eller mindre ovisst i vår del av världen är sedan länge en realitet i Antarktis. Där trotsar Princess Elisabeth Antarctica, den första forskningsstationen med nollutsläpp, de hårda förhållandena. Den ikoniska, avantgardistiska byggnaden är hem för den förmodligen sydligaste applikationen av ifm:s automationsteknik.

Det är en kontinent av ytterligheter. Upp till 5 000 meter tjock is, en genomsnittlig årstemperatur på -55 °C, nästan sex månaders mörker: Antarktis är förmodligen den mest ogästvänliga platsen för människor att bosätta sig permanent på – och ändå reser forskare regelbundet till Sydpolen för att arbeta inom en mängd olika forskningsområden som glaciologi, klimatforskning, mikrobiologi och geologi, allt för att få en bättre förståelse för världen.

För att underlätta polarforskning och samtidigt skydda miljön har International Polar Foundation (IPF), i samarbete med den belgiska regeringen och ett flertal privata partners, grundat forskningsstationen "Princess Elisabeth Antarctica". Stationen, som invigdes 2009, är unik eftersom den är den första och hittills enda forskningsbasen i Antarktis som drivs utsläppsfritt. Stationen är bebodd under fyra månader av året och under de åtta vintermånaderna fortsätter den att arbeta autonomt, samlar in forskningsdata och skickar den till Belgien via satellit.

Nollutsläpp även för vattenförbrukning

Den el som krävs för att driva anläggningen genereras av vind- och solkraft. Snö och is förser forskarna och teknikerna med vatten. Och det är just här, i vattenproduktion och vattenrening, som det finns ett stort ansvar: "För att uppfylla kravet på nollutsläpp i vattenhanteringen är det avgörande att återställa renheten i det vatten som utvinns ur snö efter att det har använts och innan det återförs till naturen. Det är det enda sättet att verkligen sluta vattnets kretslopp och minimera vår påverkan på naturen i Antarktis", säger Aymar de Lichtervelde, ingenjör och ansvarig för projektet.

Från 16 till 50 personer

För att fortsätta med detta i framtiden togs ett nytt vattenreningsverk i drift under Antarktis-sommaren 2023/24. "Polarstationen som byggdes 2009 var dimensionerad för 16 personer. I dag arbetar mellan 40 och 50 personer här under sommarmånaderna. Vattenreningsverket behövde därför byggas ut för att kunna fortsätta att möta efterfrågan – och för att kunna behandla den större volymen industrivatten."

Högre återvinningsgrad, lägre energiförbrukning

Aymar de Lichtervelde förklarar vad detta innebär i siffror: "Vi uppskattar det dagliga vattenbehovet till cirka 50 liter per person. Detta är en tredjedel av den genomsnittliga hushållskonsumtionen i Europa. Det är viktigt att nämna detta eftersom det första steget, precis som när det gäller energi, alltid är att minska förbrukningen. Nästa steg gäller vattenextraktion: vi genererar 60 procent av vårt vatten från naturen genom att smälta snö, berika det med mineraler och bearbeta det till dricksvatten. 40 procent återanvänds från renat avloppsvatten." Den höga andelen återanvänt vatten beror helt och hållet på det nya reningsverket – tidigare kunde endast 20 procent av vattnet återanvändas. Ökningen har en positiv effekt på stationens energibehov, eftersom återvinning av vattnet bara kräver en tiondel så mycket energi som snösmältning.

Från 55 liter industrivatten återstår 30 gram torrt slam

"Vi kan nu behandla 100 procent av det grå- och svartvatten som genereras i anläggningen, antingen för att återföra det till vårt interna kretslopp eller för att återföra det till naturen som renat vatten. Eftersom Antarktis inte är ett land finns det inga fastställda normer för kvaliteten på det vatten som vi får släppa ut. I Madridprotokollet anges flera lämpliga metoder att använda, men inga kvantitativa normer. Därför följer vi de rekommendationer för dricksvatten som fastställts av Världshälsoorganisationen. Denna grund är ambitiös ur ekologisk synvinkel och även fördelaktig för vår verksamhet, eftersom vi då kan återanvända vattnet utan att det blir ett problem för användarna." Några andra siffror är också imponerande: reningsverket kan behandla 54 av 55 liter grå- och svartvatten och omvandla det till ultrarent vatten – endast 30 gram torrt slam återstår per dag, resten avdunstar. Slammet samlas upp och efter några år exporteras det till Sydafrika för att förbrännas.

Mervärdet med IO-Link blev snart uppenbart

"Allt detta kan bara åstadkommas på ett hållbart sätt om systemet fungerar som det ska", säger Aymar de Lichtervelde. "När vi började planera det nya vattenreningsverket för två år sedan bestämde vi oss därför för att använda teknik som var robust, lätt att underhålla och lätt att byta ut i en nödsituation. När vi tittade närmare på IO-Link insåg vi snart att vi ville använda den här tekniken för att integrera givarna i anläggningen, eftersom den gav oss mervärde på så många sätt."IO-Link är ett digitalt punkt-till-punkt-kommunikationssystem där givarna sänder sina data till en master-enhet, som sedan vidarebefordrar dem till fältbussnivån. I stället för att dra kablar från varje givare in i kontrollskåpet, som vid konventionell analog kabeldragning, kan givarsignalerna samlas in decentraliserat av fältkompatibla IO-Link-mastrar och sedan paketeras ihop och överföras till nästa högsta fältnivå.

Enkel parameterinställning, enkel installation på plats

"ifm:s fältkompatibla IO-Link-mastrar förenklade kabeldragningen betydligt", säger Aymar de Lichtervelde. En annan fördel med tekniken är att parametrarna för de enskilda givarna kan sparas på respektive master. När en defekt givare byts ut mot en identisk modell överförs parametrarna automatiskt till den nya enheten. "Detta är mycket värdefullt för oss, eftersom utbytet på plats då kan utföras snabbt och enkelt. Och även av icke-tekniker."

Princess Elisabeth Antarctica är bara tillgänglig för forskare fyra månader per år. Denna dyrbara tid gör det ännu viktigare att systemen fungerar på ett tillförlitligt sätt. "Därför har vi byggt en helt ny anläggning i Belgien i förväg och testat den intensivt. Allt monterades sedan ned i mindre komponenter för frakt. Även här har IO-Link-principen tjänat oss väl, eftersom de standardiserade M12-kontakterna innebar att omkopplingen på plats kunde utföras felfritt och på kort tid."

SM-flödesmätare: gjord för trånga utrymmen

Den nya anläggningen, som består av två redundanta system, har utrustats med SM-flödesmätare från automationsspecialisten ifm. Förutom det aktuella flödet registrerar dessa även det totala flödet och mediets temperatur. Alla värden visas tydligt på displayen. Om så önskas kan en röd/grön färgförändring indikera om värdena ligger inom eller utanför målområdet. Det optimerade mätröret ger en lägre tryckförlust, vilket gör att pumpens effekt kan minskas. Varken inlopps- eller utloppsrör behövs. Detta är en stor fördel, särskilt i trånga utrymmen. Andra givare, t.ex. ventilgivare och nivågivare, ger ytterligare viktig information om vattenreningens aktuella status.

Tillståndsövervakning av anläggningen även via fjärråtkomst

Information som är relevant för styrenheten och för kontinuerlig tillståndsövervakning, dvs. alla uppmätta värden, överförs också till IT-nivån, tillsammans med ytterligare diagnostiska data som ger information om den aktuella statusen för varje enskild IO-Link-givare. "Detta förenklar inte bara underhållet på stationen, utan gör det också möjligt för oss att fjärrövervaka anläggningens tillstånd under vintermånaderna i Antarktis – och förbereda den för användning under nästa forskningssäsong."

ifm:s fältkompatibla IO-Link-mastrar förenklade kabeldragningen betydligt. Detta är mycket värdefullt för oss, eftersom utbytet på plats då kan utföras snabbt och enkelt.

Aymar de Lichtervelde Projektansvarig ingenjör

Om IPF

International Polar Foundation, som grundades 2002 av en belgisk vetenskapsman och en polarforskare, har sitt säte i Bryssel och utgör en ny typ av länk mellan vetenskap och samhälle. Stiftelsen strävar efter att främja vetenskapens och forskningens roll i polarregionerna genom att ompröva vår planets sammankoppling, dess bräcklighet, effekterna av mänsklig aktivitet på miljön och utvecklingen av tusenåriga klimatcykler.