Magas érzékenységű kutatás a földről és a hajóról

A fémmentes tisztatér-konténer, amely a fémmentes tisztatér laboratóriumot tartalmazza. (Fotó: MK Versuchsanlagen)

Nézzen be a konténerbe.
Bal oldalon találhatók a munkaterületek, jobbra pedig a CTD-palackok tartói láthatók. (Fotó: MK Versuchsanlagen)

Egy CTD-palackot a tisztított levegőcsatornából a laboratóriumi területre helyeznek át tisztítás után. (Fotó: MK kísérleti berendezések)

A Polarsternen található MK-Container-laboratóriumnak néhány tengeri specifikus berendezése van, például tartókarok a tudósok számára vagy egy vészkijárati nyílás. (Fotó: MK kísérleti berendezések)

Az MK-Container-labor a Polarstern fedélzetén néhány tengeri környezetre jellemző berendezéssel rendelkezik, például kutatói kapaszkodókkal vagy egy vészkijárati nyílással. (Fotó: MK kísérleti berendezések)

Blick in den Container. (Foto: MK Versuchsanlagen)

Az északi sarkcsillag a bevetésen. (Szerzői jog: F. Mehrtens)

A Sarkcsillag bevetésen. (Szerzői jog: F. Mehrtens)

A sarki csillag bevetésen. (Szerzői jog: S. Arndt)

A Déli-sarkcsillag a bevetésen. (Szerzői jog: S. Arndt)

A sarki csillag a szolgálatban. (Szerzői jog: M. Hoppmann)

A Déli-sarkcsillag a bevetésen. (Szerzői jog: M. Hoppmann)

Egy hordozható, fémmentes mintagyűjtő berendezés, amely 20 láb standard konténerekre épül: kívülről mindegyiken technológiai konténerek helyezkednek el. A három belső konténerben egy fémmentes tisztatér épül U alakban, amelybe tíz fémmentes MK-berendezés, két munkasor, két öblítő, egy mérőhelyiség és egy szellőzőajtó kerül beépítésre. A hatodik konténert, mint tárolókonténert, tisztatéri körülmények között keresztirányban csatlakoztatják.

Az egyik legnagyobb téma a tudományban mindig is a minták tisztasága volt. Amikor értékes leleteket vagy mintákat kell megvédeni a szennyeződéstől, sok kutatócsoport szívesen használja a MK Versuchsanlagen és Laborbedarf e.K. közleműanyag munkakörnyezetét Mücke-Merlau-ból, Közép-Hessenből. Ahogyan most a Polarstern kutatóhajó fedélzetén lévő tudósok is, amely a sarki tengerek kutatására és a Koldewey-állomás azarktiszi és a Neumayer-állomás déli sarkvidéki kutatóállomás ellátására szolgál. A hajót az Alfred Wegener Intézet a sarki és tengeri kutatásért (AWI) üzemelteti Bremerhavenben.

A mobil tisztatéri laborok építésének ötlete, amelyek az alkalmazási hely és cél szerint változó felszereltséggel rendelkezhetnek, már régóta foglalkoztatja a MK Versuchsanlagen fejlesztőit (lásd: Reinraum-Jahrbuch 2017/2018, 50. oldal és következő, „4D-mobilitás változóan alkalmazható tisztatéri rendszereknél”). Az alapot már a Polarstern fedélzetén alkalmazható, fémmentes tisztatéri konténermegoldás fejlesztése adta.

Vízminták vizsgálata 4000 méter mélységből

A Polarstern a déli nyári hónapokban novembertől márciusig az Antarktiszon, a északi nyári hónapokban pedig az Arktiszon közlekedik. A fedélzeten kilenc fixen beépített labor található, amelyek különböző tudományos vizsgálatokra vannak felszerelve. A fedélzeten és alatta további helyek vannak laborkonténerek számára, amelyek felszerelése lehetővé teszi specifikusabb kutatási projektek végrehajtását. A kutatóút a MK-laborkonténerrel 2021. december 5-én indult Bremerhaventől.

Dr. Scarlett Trimborn, az AWI EcoTrace munkacsoport vezetője ezen az úton a MK-laborkonténerben kutatja, hogy a nyomfémek, különösen a vas, de a mangán, cink és kobalt elérhetősége hogyan befolyásolja a kissejtes algák növekedését a Déli-óceánon. Ehhez nyomfémmentes mintákat kell a laborba vinni. „Egy vízszívó segítségével mintákat veszünk különböző mélységekből, kb. 4000 méterig. Ehhez ún. CTD-kör alakú vízszívókat alkalmazunk” – magyarázza a kutató a módszert.

A MK Versuchsanlagen ezért megbízást kapott, hogy fejlesszen ki egy fémmentes laboratóriumot, amely készre szerelve telepíthető egy konténerben a Polarstern fedélzetén. A mintavétel során a legfontosabb folyamat akkor történik, amikor a CTD-t a fedélzetre hozták. Dr. Wolfgang Küstner, a MK Versuchsanlagen projektvezetője ismerteti a folyamatot: „A CTD-flakonok, amelyek a drága tengervizet tartalmazzák, először tiszta vízzel öblítjük, egy tisztítógéppel. Ehhez a tiszta vizet a tisztatéri konténerbe integrált vízkezelő berendezésből nyerjük. Miután minden érzékelő és a CTD-flakonok teljesen megtisztultak, elkezdhetjük az első vízminták vételét. Mindezt a MK próbatermi konténerében végzik. Ehhez minden CTD-flakont egy tiszta levegővel zárt átjárón keresztül juttatnak be a konténerbe. Ez a laborcsík a „szennyezésmentes” vízmintavételre szolgál a CTD-flakonokból. Különleges alkalmazásokhoz, például szűréshez, a mintavételt egy egyedileg szabályozható sűrített levegős rendszer támogatja.”

A vízanalitika mellett a konténerben található MK-laborcsíkok multifunkcionális fémmentes tisztatérként, természetesen, számos más elemzésre is alkalmasak. Például a CTD-flakon tartókat leszerelhetik, és polcrendszerekkel helyettesíthetik. A levegőátjáró anélkül is működhet, hogy öblítésre lenne szükség, így továbbra is „szennyezésmentes” levegős anyagátjáróként használható.

Azonnali csatlakozás egy kész konténeres tisztatérhez az épületirányítási rendszerhez

Szárazföldön már megvalósulnak az első mobil tisztatéri laborok különböző kutatóintézetek számára a MK Versuchsanlagen által. Ezek a készre szállított, fémmentes MK konténeres tisztatéri rendszerek falakkal, berendezéssel, szellőztetéssel, médiarendszerekkel és vezérléssel közvetlenül csatlakoznak a meglévő épületirányítási rendszerhez.

Jelenleg a MK Versuchsanlagen egy olyan projektet valósít meg, amely hat konténerből áll. Kettő a technikai berendezések számára van fenntartva, a többi négy konténer a tisztatér. A tervezés során a fenntarthatóság jegyében figyelembe veszik, hogy a helyiségek önállóan legyenek kialakítva, így két különálló megoldás is kialakítható három konténerből. Ez az átmeneti labor a 20 láb hosszúságú (6,058 méter) szabvány konténerekre alapozva készül, amelyek magassága 3,11 méter, szemben a szokásos 2,59 méterrel. Ez lehetővé teszi egy közbenső födém beépítését, amely a technikai és szellőzőcsatornáknak ad helyet.

Ez a konténeres labor célzottan arra lesz használva, hogy vizsgálja a kőzetminták izotópösszetételét, amelyek például vulkánokból, bányákból, meteoritokból, valamint a Holdról vagy a Marsról származnak. Itt a legkisebb koncentrációkülönbségek számítanak, amelyekhez hasonlóan a Polarstern-expedíció vízmintáihoz, nem szabad keresztkontaminációval szennyezettnek lenni a minták feldolgozása során. A fémmentes kialakítás és a fémmentes munkapadok biztosítják azokat a feltételeket, amelyeket hagyományos laborok nem mindig tudnak biztosítani. A minták feldolgozását nagy koncentrációjú savak alkalmazásával végzik, amelyek a fémfelületeket támadják, a kiáramló fémrészecskék bekerülnek a levegőbe, és a minták felületén rakódnak le, így használhatatlanná téve azokat. Egy fémmentes, saválló mintafelkészítő berendezésben ez nem fordul elő.

Ugyanakkor a személyvédelem is kiemelt szerepet kap. A szabályozó elektronika biztonsági láncba van kötve, és folyamatosan figyeli a paramétereket, például a munkatermi hőmérsékletet és a kilépő levegő áramlását. Ha a határértékeket vagy riasztási értékeket túllépi, riasztás történik, és a biztonsági lánc szerint a biztonságos működés érdekében a releváns fogyasztók tartósan kikapcsolnak.

Intelligens tér- és berendezésirányítással költségmegtakarítás

A növekvő működési költségek idején egy okos és hatékony tér- és berendezésirányítás kerül a berendezésgyártók és -üzemeltetők figyelmének középpontjába. A MK Versuchsanlagen irányítása dinamikusan szabályozza a teljes tér és az egyes berendezések légkezelését, külön-külön. Ez biztosítja, hogy a hatékony szellőztetés a lehető legmagasabb tisztaságot garantálja a munkahelyen. Például, ha a beépített érzékelők egy munkaállomáson inaktivitást észlelnek, a frontajtót bezárják, és a levegőmennyiséget ennek megfelelően csökkentik. Ez akár 50 százalékos energia-megtakarítást is eredményezhet.

További interfészek lehetővé teszik az adatok és értesítések továbbítását a magasabb szintű biztonsági rendszerekhez, például épületjelző rendszerekhez, füstérzékelőkhöz és tűzjelzőkhöz, és ezek integrálását a biztonsági láncba. Hálózatra kötve a felhasználó VNC hozzáféréssel felügyelheti a tér- és berendezésirányítást. Az MK-irányítás internethez csatlakoztatásával távoli diagnózis is végezhető, és szoftverfrissítések telepíthetők anélkül, hogy helyszíni technikusra lenne szükség. A hozzáférés biztonságos VPN-kapcsolaton keresztül történik.

Mint ahogy ez a két példa is mutatja, az MK Versuchsanlagen készre szerelt konténerlaborjaival mind a kutatás, mind az ipar számára lehetőséget kínál arra, hogy kis helyen is nagyot alkossanak. Az ötlet, hogy hordozható és egyedi igények szerint kialakított, fémmentes laborokat konténerekben helyezzenek el, határokat nem ismer. Akár szárazföldön, vízen vagy levegőben, a felhasználási lehetőségek végtelennek tűnnek.