Los electrodos para el generador de ozono están hechos de obleas de silicio con zanjas grabadas con precisión. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
Si bien el cloro y la luz ultravioleta son los medios estándar para desinfectar el agua, el ozono es igualmente eficaz para matar gérmenes. Hasta la fecha, El ozono solo se ha utilizado como agente oxidante para el tratamiento del agua en grandes plantas. Ahora, sin embargo, un consorcio de proyectos de Schleswig-Holstein está desarrollando un generador de ozono miniaturizado para su uso en aplicaciones más pequeñas, como dispensadores de agua o pequeños electrodomésticos. El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Silicio ISIT ha proporcionado el chip sensor y los sustratos de electrodos para la celda de electrólisis.
En comparación con los medios de desinfección convencionales como el cloro o los rayos ultravioleta, El ozono disuelto en agua tiene una serie de ventajas:es respetuoso con el medio ambiente, permanece activo más allá de su lugar inmediato de origen, tiene solo un breve tiempo de retención en el agua y posteriormente no tiene sabor. Debido a su alto potencial de oxidación, El ozono es muy eficaz para combatir los gérmenes. Rompe la membrana celular de patógenos comunes. En Alemania, El ozono se utiliza principalmente para desinfectar piscinas y agua potable y para depurar aguas residuales. Sin embargo, rara vez se utiliza para desinfectar el agua en electrodomésticos como máquinas de hielo y dispensadores de bebidas o en otros accesorios como duchas-inodoros. MIKROOZON, un proyecto financiado por el estado de Schleswig-Holstein y la UE, tiene como objetivo cambiar esto. Los investigadores de Fraunhofer ISIT se han asociado con la empresa CONDIAS GmbH, con sede en Itzehoe, que se fundó en 2001 como una empresa derivada del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Superficies y Películas delgadas IST, y socio de CONDIAS Go Systemelektronik GmbH, de Kiel. Los tres socios están desarrollando un generador de ozono miniaturizado con tecnología de sensor integrada y sistema de control por microprocesador.
Producción directa de ozono mediante electrólisis de agua.
"El generador de ozono es muy compacto y se puede integrar en sistemas y aparatos que requieren una desinfección regular, "dice Norman Laske, investigador en Fraunhofer ISIT. "Simplemente conéctelo a la línea de agua, y producirá la cantidad correcta de agua ozonizada siempre que sea necesario ". El generador de ozono tiene un tamaño de solo un par de centímetros cúbicos y comprende una celda de electrólisis, un chip sensor, electrónica de control para regular la corriente y el voltaje, y electrónica para leer las señales del sensor. "Los dos electrodos están separados por una membrana separadora conductora de iones, "Laske explica." Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, el agua se divide mediante un proceso de electrólisis. Debido a la capa de diamante que recubre los electrodos, este proceso primero forma radicales hidroxilo, que luego reaccionan para formar principalmente ozono (O3) y oxígeno (O2) ".
Los sensores miden el flujo másico, temperatura y conductividad. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
Electrodos de silicona con recubrimiento de diamante
La forma en que se fabrican los electrodos con su capa de diamante dopado con boro es el saber hacer que le ha dado a CONDIAS GmbH su nombre. La empresa ya utiliza un proceso de deposición de vapor químico para recubrir los electrodos a gran escala necesarios para desinfectar el agua de lastre de los buques marinos. Sin embargo, los electrodos necesarios para el generador MIKROOZON son mucho más pequeños. Están hechos de silicona y tienen zanjas finamente grabadas que atraviesan los electrodos para formar ranuras estrechas en el reverso. Para poder grabar estas zanjas con la precisión requerida, los investigadores de Fraunhofer ISIT tuvieron que fabricar material de obleas según sus propias especificaciones.
Para construir un generador de ozono, pares de estos electrodos se montan espalda con espalda, con una membrana separadora entre ellos. Los gases se liberan en la interfaz de la membrana del separador y luego escapan a través de la estructura con zanjas al otro lado del electrodo, donde la turbulencia del flujo de agua asegura que se disuelvan y dispersen de manera eficiente.
Los sensores Fraunhofer ISIT están incorporados en obleas de vidrio. Crédito:Fraunhofer-Gesellschaft
El chip sensor de Fraunhofer ISIT está equipado con tres sensores para medir la conductividad, flujo másico y temperatura. Estos parámetros deben monitorearse para controlar el proceso electrolítico. El chip sensor proporciona los datos necesarios para controlar la producción de ozono de acuerdo con la calidad y la cantidad de agua utilizada. "Para garantizar que haya suficiente ozono disponible durante el período requerido, la temperatura debe ser monitoreada, "Laske explica." Esto se debe a que el ozono se descompone más rápidamente a temperaturas más altas ". La conductividad se correlaciona con el grado de dureza del agua:cuanto más dura es el agua, cuanto mayor sea la conductividad, lo que significa que debe fluir más corriente para lograr el efecto deseado. Cuando está equipado con un sistema para monitorear estos parámetros, el generador de ozono debe poder procesar hasta 6 litros de agua por minuto, sin el chip sensor, actualmente se especifica para 0,5 a 1,5 litros.
CONDIAS comercializa el minigenerador bajo la marca MIKROZON. "Cada socio ha aportado años de experiencia desde su propia área de especialización, "dice Volker Hollinder, CEO de CONDIAS GmbH. "Esto ha creado un producto que ahora se puede fabricar a escala industrial. La propagación del coronavirus ha subrayado la importancia de la desinfección. El uso de desinfectantes químicos es a menudo problemático," porque dejan residuos nocivos. Nuestro sistema utiliza ozono generado electrolíticamente para eliminar los gérmenes. Por tanto, no produce residuos de desinfectantes ".
