Vysoce citlivý výzkum o zemi a o lodi

Kontaminovaný kontejner, který obsahuje bezkovový čistící prostor. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Nahlédnutí do kontejneru. Na levé straně jsou pracovní prostory, napravo jsou vidět držáky na lahve CTD. (Foto: MK Versuchsanlagen)

CTD lahvička je po čištění přenesena z čisté vzduchové komory do laboratorního prostoru. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Laboratoř MK-Container na Polarsterni má několik specifických zařízení pro otevřený oceán, jako jsou madla pro vědce nebo nouzové únikové poklopy. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Laboratoř MK-Container na Polarsterni má několik specifických zařízení pro mořské podmínky, jako jsou držáky pro vědce nebo nouzové výstupní poklop. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Nahlédnutí do kontejneru. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Polární zář v akci. (Copyright: F. Mehrtens)

Polární hvězda v akci. (Copyright: F. Mehrtens)

Severní hvězda v akci. (Copyright: S. Arndt)

Polární hvězda v akci. (Copyright: S. Arndt)

Polární hvězda v akci. (Copyright: M. Hoppmann)

Severní hvězda v akci. (Copyright: M. Hoppmann)

Mobilní bezkovová zařízení na přípravu vzorků založené na 20 standardních kontejnerech o délce 20 stop: na vnějších stranách jsou umístěny technické kontejnery. Ve třech vnitřních kontejnerech je vybudováno bezkovové čisté prostředí ve tvaru U, do kterého jsou integrovány deset bezkových MK zařízení, dvě pracovní linky, dvě mycí stanice, místnost na vážení a komora. Šestý kontejner je připojen jako skladovací kontejner za podmínek čistého prostředí napříč.

Jedním z největších témat ve vědě je odjakživa čistota vzorků. Pokud jde o ochranu cenných nálezů nebo vzorků před kontaminací, mnoho výzkumných skupin rádo využívá bezkovové pracovní prostředí od MK Versuchsanlagen a Laborbedarf e.K. z Mücke-Merlau v prostřední Hesensku. Stejně jako nyní i vědci na palubě výzkumné lodi Polarstern, která slouží k průzkumu polárních moří a zásobování výzkumných stanic Koldewey-Station v Arktidě a Neumayer-Station na Antarktidě. Loď provozuje Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) v Bremerhavenu.

Myšlenka stavby mobilních čistých prostorových laboratoří, které lze variabilně vybavit podle místa nasazení a účelu, je již delší dobu v plánu u MK Versuchsanlagen (viz Reinraum-Jahrbuch 2017/2018, str. 50 a následující, „4D-mobilita u variabilně použitelných čistých prostorových zařízení“). Základ byl již položen vývojem kontejnerového řešení pro použití bezkového čistého prostoru na Polarsternu.

Vzorky vody z hloubky 4000 metrů jsou zkoumány

Polarstern je v jižních letních měsících od listopadu do března v Antarktidě a v severních letních měsících v Arktidě. Na palubě je devět pevně zabudovaných laboratoří, které jsou vybaveny pro různé vědecké studie. Na palubě i pod palubou je další prostor pro laboratořní kontejnery, jejichž vybavení umožňuje provádět specifické výzkumné projekty. Výzkumná plavba s MK-laboratoří začala 5. prosince 2021 v Bremerhavenu.

Dr. Scarlett Trimborn, vedoucí skupiny EcoTrace na AWI, zkoumá na této cestě v MK-laboratoři, jak dostupnost stopových kovů, zejména železa, ale také manganu, zinku a kobaltu, ovlivňuje růst mikroskopických řas v jižním oceánu. K tomu je třeba vzorky přivést do laboratoře bez kovů. „Pomocí vodního čerpadla odebíráme vzorky vody z různých hloubek až do cca 4000 metrů. Používají se takzvané CTD-krabicové vodní čerpadla,“ vysvětluje vědkyně svůj postup.

MK Versuchsanlagen byla proto pověřena vývojem bezkovové laboratoře, kterou lze plně připravenou instalovat do kontejneru na Polarsternu. Klíčovým momentem při odběru vzorků je, když se CTD přinese na palubu. Dr. Wolfgang Küstner, vedoucí projektu u MK Versuchsanlagen, popisuje postup: „Oplachování lahví CTD, které obsahují vzácnou mořskou vodu, čistou vodou, provedeme poprvé pomocí čisticí linky. K tomu používáme čistou vodu z integrovaného zařízení na úpravu vody v čistém prostoru. Jakmile jsou všechny senzory a lahve CTD kompletně vyčištěny, můžeme začít s odběrem prvních vzorků vody. Vše se odehrává v laboratoři, která je speciálně pro tento účel určena, v kontejneru od MK Versuchsanlagen. Všechny lahve CTD jsou do tohoto kontejneru zaváděny přes čistou vzduchovou štěrbinu. Tato laboratoř slouží k „kontaminaci-neutrálnímu“ odběru vody z lahví CTD. Pro speciální použití, například filtrace, je odběr vzorků podporován individuálně řízeným tlakovým vzduchem.“

Kromě analýzy vody jsou laboratoře MK v kontejneru jako multifunkční bezkový čistý prostor samozřejmě vhodné i pro řadu dalších analýz. Například lze demontovat držáky lahví CTD a nahradit je regálovými systémy. Štěrbina může bez proplachu nadále sloužit jako čistá vzduchová průchodka pro materiál.

Přímé připojení plně vybaveného kontejnerového čistého prostoru k technice budov

Také na pevnině jsou již realizovány první mobilní čisté prostory od MK Versuchsanlagen pro různé výzkumné instituce. Tyto plně dodané bezkovové kontejnery s pevnými stěnami, vybavením, ventilací, zásobováním médií a řízením jsou přímo připojeny k existující technice budov.

Momentálně MK Versuchsanlagen realizuje projekt sestávající ze šesti kontejnerů. Dva z nich jsou určeny pro technické zařízení, zbylé čtyři tvoří čistý prostor. Při plánování je zohledněna udržitelnost – místnosti jsou navrženy tak, aby byly soběstačné, což umožňuje rozdělení do dvou samostatných řešení ze tří kontejnerů. Tento přechodný laboratoř je plánován na základě 20 standardních kontejnerů (délka 6,058 m, šířka 2,438 m), avšak s výškou 3,11 m namísto obvyklých 2,59 m. To umožňuje instalaci mezistropního prostoru určeného pro techniku a ventilační kanály.

Tento kontejnerový laboratoř má sloužit k analýze izotopového složení horninových vzorků, například z vulkánů, dolů nebo meteoritu, stejně jako z Měsíce či Marsu. Zde je důležitá nejmenší odchylka v koncentraci, která nesmí být zkreslena průnikem kontaminace během přípravy vzorků, stejně jako vzorky vody z expedice Polarstern. Bezková konstrukce čistého prostoru a pracovních stanic uvnitř zajišťuje podmínky, které běžná laboratoř nemůže vždy nabídnout. Takzvané rozrušení vzorku pomocí vysoce koncentrovaných kyselin totiž narušuje kovové povrchy, uvolněné kovové částice se dostávají do vzduchu a usazují na površích vzorků, což je činí nepoužitelnými. Bezková, kyselinám odolná zařízení na přípravu vzorků tento problém neřeší.

Zároveň je důležitá ochrana osob. Řídicí elektronika je začleněna do bezpečnostního řetězce a nepřetržitě sleduje parametry jako teplota pracovního prostoru a odvod vzduchu. Při překročení limitních a alarmových hodnot je aktivováno upozornění a podle nastaveného bezpečnostního řetězce jsou bezpečnostně důležité spotřebiče trvale vypnuty.

Chytré řízení prostoru a zařízení pro úsporu nákladů

V době rostoucích provozních nákladů je stále důležitější řízení prostoru a zařízení, které pracuje chytře a efektivně, a to jak pro výrobce, tak pro provozovatele zařízení. Řízení MK Versuchsanlagen dynamicky řídí vzdušné hospodářství celého prostoru i jednotlivých zařízení odděleně. Tím je zajištěno, že větrání je efektivní a zajišťuje nejvyšší čistotu na pracovišti. Například pokud senzory zaznamenají neaktivitu na pracovní stanici, uzavře se přední klapka a množství vzduchu se sníží. Úspora energie až do 50 procent je tak možná.

Další rozhraní slouží k předávání dat a hlášení nadřazeným bezpečnostním systémům, například systémům hlášení budov, kouřovým a požárním hlásičům, a jejich začlenění do bezpečnostního řetězce. Při propojení do sítě může uživatel provádět dohled nad řízením prostoru a zařízení prostřednictvím VNC přístupu. Připojením MK řízení k internetu je také možné vzdálené diagnostické zásahy a aktualizace softwaru, aniž by musel být technik na místě. Přístup je zabezpečen přes bezpečné VPN spojení.

Jak ukazují tyto příklady, nabízí MK Versuchsanlagen se svými plně dodanými kontejnery laboratořemi jak výzkumu, tak průmyslu možnost vytvořit na malém prostoru velké věci. Myšlenka přenosných a individuálně přizpůsobených bezkovových laboratoří v kontejnerech nezná hranic. Ať už na souši, na vodě nebo ve vzduchu, možnosti nasazení se zdají být neomezené.