Oavsett var du är i världen vill professor Karl Linden att du kan sätta på en kran och få rent dricksvatten. Det är en grundläggande men vital nödvändighet som fortfarande saknas i stora delar av USA och låg- och medelinkomstländer.
"Människor förtjänar pålitlig, pålitlig teknik när det gäller något så viktigt som vatten", säger Linden, Mortenson-begåvad professor i hållbar utveckling vid CU Boulder. "Vattentillgångarna blir knappare och vi måste tänka på nästa generation av effektiva, prisvärda behandlingsalternativ."
Världshälsoorganisationen uppskattar att cirka 785 miljoner människor saknar tillgång till till och med grundläggande dricksvattenfiltrering, vilket gör dem sårbara för patogener som kolera och dysenteri. Problemet förväntas växa under de kommande decennierna på grund av befolkningstillväxt och ökad stress på tillgången på vatten.
Behandlingstekniken har under tiden inte förändrats mycket på över ett sekel. Sand- eller kolbaserade filtreringskemikalier och desinfektionsmedel används vanligen i både kommunala anläggningar och i vardagen, från hushållsbrita-filter till klortabletter. Båda metoderna har dock sina begränsningar: Filtrering är dyr att leverera till landsbygdssamhällen i stor skala och kemikalier kan ge en obehaglig smak.
Karl Linden tittar på en bakteriekultur i sitt laboratorium. Karl Linden inspekterar utrustning för desinficering av dricksvatten Toppen: Karl Linden (till vänster) inspekterar en bakteriekultur med doktorand Tara Randall och postdoktoral forskarassistent Ben Ma i sitt laboratorium; botten: Linden och Randall kolla in verktyg för desinfektion av dricksvatten. (Krediter: Casey Cass)
Linden, en medlem av institutionen för samhällsbyggnad, miljö och arkitektur som har forskat på vattenrening i årtionden, fokuserar på en annan lösning: ultraviolett desinfektion. UV-strålar kan eliminera skadliga patogener som E. coli och Giardia i en skala av sekunder jämfört med minuter utan skadliga biverkningar. Och även om det inte är en ny idé - stora städer som New York använder redan UV i sina verktyg - det är en som historiskt har varit svår att få ner till den enskilda konsumentnivån.
"UV har funnits i årtionden och används i kommunal och industriell vattenbehandling runt om i världen, men dess potential för ytterligare innovation och tillämpning har minskat på grund av användningen av farliga, skrymmande kvicksilverånglampor," sade Linden. "Men vi är intresserade av nya UV-källor med unika arkitekturer som gör att vi kan utveckla denna lovande teknik."
Landsbygdens vatten
Under de senaste åren har Linden och hans kollegor fokuserat forskning på UV-ljusdioder, som är mindre (millimeter breda), smidigare och mer hållbara. UV-lysdioder kan riggas parallellt med våglängdsdioder med flera emitter för att möjliggöra en rad strömlinjeformade applikationer.
En annan fördel: UV-lysdioderna är "omedelbara på" och kräver ingen uppvärmningstid innan de börjar zappa föroreningar, så att användarna kan spara pengar genom att bara köra enheterna när de behöver. Vatten som dras från en brunn skulle till exempel vara drickbart omedelbart efter en snabb UV-behandling utan den avskräckande smaken av klor.
Linden och hans studenter slutförde nyligen en första-i-sitt-år-långa studie i Jamestown, Colorado, där de jämförde UV-LED-desinfektion med stadens etablerade klorbehandling. De fann att UV-tekniken för en stad med cirka 500 personer utan en stor vattenanläggning gav lika effektiva desinfektionsmöjligheter utan tillsatta kemikalier. Den nya tekniken kostar bara några dollar i månaden i el och kan gå direkt från solenergi.
"Småskaliga landsbygdssystem är en naturlig plats att börja med detta", säger Linden. ”De har majoriteten av hälsobrott eftersom de vanligtvis inte har ingenjörer och engagerad personal för vattenbehandling. De kan förlita sig på ett system som inte alltid fungerar korrekt. Så vi känner att den här tekniken är en bra lösning eftersom den kan drivas på distans, autonomt och drivas av solenergi för att minska energiförbrukningen. ”
Tidigare i år fick Linden Water Research Foundation's Dr.Pankaj Parekh Research Innovation Award för sina prestationer inom vattenvetenskapens framsteg.
Behandling som varar
Under de kommande åren kan nästa steg innebära att UV-lysdioder integreras direkt i infrastrukturen. Linden ser för sig kranar med dioderna inbyggda direkt i kranarna och aktiveras direkt när du slår på vattnet. Hans labbgrupp har börjat titta på sätt att bygga dioder i rör för att skapa ett systemomfattande nätverk av desinfektionsmedel, vilket minskar tillväxten av biofilm i högriskmiljöer som sjukhus.
"Vi känner verkligen att den här tekniken är hållbar och redo att revolutionera detta område," sa Linden. "Vi vill arbeta direkt med fler vattenförvaltare för att tänka på dessa förbättringar, prova nya saker och ultimat överbrygga forskningen till de praktiska tillämpningarna."
I hela landet växer fart framåt. I höst tillkännagav USA: s energidepartement skapandet av Energy-Water Desalination Hub för 100 miljoner dollar, ett tvärvetenskapligt partnerskap som kommer att fokusera på forskning och utveckling i ett tidigt skede för energieffektiv och kostnadseffektiv vattenbehandling. Ansträngningen kommer att ledas av National Alliance for Water Innovation, där CU Boulder är en grundande akademisk partner.
Linden, som kommer att leda CU Boulder-ansträngningarna under navet, säger att den prestigefyllda utmärkelsen understryker ett förnyat intresse för att ta itu med vattensäkerhet, vilket alltid har varit hans kallelse.
"Jag känner att jag är på uppdrag att driva samhället till nästa generation av behandlingsmetoder", sa han. ”Vissa innovationer har redan tagit tag och fått grepp. Men vi har haft så många framsteg i samhället och teknik som fjärranalys, dataanalys och realtidsövervakning som vi ännu inte har utnyttjat till fullo för vattensäkerhet. ”
Linden är också den huvudsakliga utredaren för CU Boulders Mortenson Center i Global Engineering på det femåriga $ 15,3 miljoner-projektet Sustainable WASH Systems Learning Partnership, som fokuserar på att upprätthålla ett framgångsrikt genomförande av vattensystem av organisationer som USAID under lång tid.
"I många länder med låga resurser ser vi att en handpump eller ett vattensystem sätts in och behandlingen blir klar och det fungerar en stund, men så småningom går det sönder och framstegen går förlorade", säger Linden. ”Så varför är det, och vad kan man göra åt det? Det är då vi behöver tänka mer holistiskt om det system som är tillgängligt för att stödja långsiktigt hållbara vattentjänster, och förbättrad, integrerad och innovativ teknik, som det vi arbetar med i Mortenson Center, är en aspekt av lösningen. ”
Slutmålet? Att föra in vattenlösningar i vardagen sömlöst över hela världen.
"Du slår på kranen och vattnet kommer ut och det har redan behandlats och du behöver inte ens tänka på det," sa han. "Det är den heliga gralen."
