Электростатический спрей: безопасность на Земле и в космосе

Электростатический спрей – это технология, применяемая для полива растений в космосе. Но его можно использовать и на Земле, чтобы экономить воду и делать продукт безопаснее.

Выращивать салат на Международной Космической Станции (МКС) и наносить защитные покрытия на свежие фрукты и овощи – на первый взгляд, несвязанные задачи, но у них есть общий технологический риск. Когда инженеры НАСА решали проблемы, связанные с сельским хозяйством в невесомости, они сами не ожидали, что найдут новый способ дезинфекции продуктов на Земле. Совместно с компанией Electrostatic Spraying Systems (ESS) они разработали системы, которые сейчас применяются для обработки фруктов, овощей и мяса.

История

Электростатический спрей – не такая уж новая технология. Задолго до применения в космосе его применяли для мойки птичьих туш.

«Нам нужен был способ дезинфицировать фолликулы на куриной коже, – объясняет глава ESS Брюс Уайтинг. – Обычный спрей нужных результатов не давал».

Фолликулы – это микроскопические поры, которые остаются на птичьей коже после удаления перьев. Они являются идеальным убежищем для сальмонеллы и других патогенов. Стандартные спреи дают слишком крупные капли воды, чтобы проникнуть туда. Но если подавать жидкость мелкими заряженными каплями – размером около 40 мкм – они смогут проникнуть в эти неровности, что существенно повышает эффективность чистки и дезинфекции.

Некоторые эксперименты со статическим электричеством можно проводить в домашних условиях, например, потереть воздушный шарик о собственные волосы, после чего он прилипнет к стене. Электростатический спрей работает по такому же принципу: каждая капля воды, выходящая из сопла, получает электрический заряд, который заставляет её прилипать к первой попавшейся твёрдой поверхности.

Так как все капли заряжены одинаково, они отталкиваются друг от друга, что позволяет им равномерно охватить поверхность фрукта, овоща или мяса, а малый размер капель гарантирует их попадание в труднодоступные места, где чаще всего и заводятся патогены. Это позволяет тратить при их промывке меньше воды и энергии.

В 70-х выяснилось, что электростатический спрей можно применять ещё и в сельском хозяйстве, чтобы более эффективно применять удобрения и пестициды: теперь они стали нужны в меньших количествах. Это, с одной стороны, делает продукты безопаснее, а с другой стороны – уменьшает количество химикатов, остающихся в почве.

Фермеры и производители были довольны новой технологией, но ей предстояло новое испытание: полив при отсутствии гравитации.

Выход в космос

«Выращивать растения в космосе – трудная задача, – объясняет Хетал Миранда, технолог из НАСА. – На Земле гравитация тянет воду вниз, позволяя ей проникать в почву и достигать корней растения. А в условиях невесомости вода не течёт привычным образом, а принимает форму шара, который запросто может полететь не туда, куда надо. Появляется риск того, что растения засохнут или, наоборот, получат слишком много воды.
Короче говоря, традиционный полив не работает. Это значит, что нужна система контролируемой подачи воды и удобрений с минимальной генерацией отходов, которая может работать без гравитации. Решением стала технология ESS. Капли, которые сами прилипают к поливаемой поверхности – это именно то, что было нужно для сельского хозяйства на МКС».

Для применения в космосе установка получила новый дизайн. Теперь для создания давления использовался не сжатый воздух, а сама вода. По словам Уайтинга, идею подали генераторы мелкого тумана, которые применяются в парках развлечений.

Возвращение на Землю

Пищевое производство в космосе с низким расходом ресурсов – неотъемлемый компонент долгих космических путешествий, в том числе на другие планеты. Но опыт, полученный в космосе, пригодился и на Земле.

Новый компактный дизайн электростатического спрея начали активно использовать в обычном сельском хозяйстве, на этот раз – для промывки фруктов и овощей после сбора урожая. Были разработаны новые меры безопасности пищевой продукции: на этом этапе в воду добавляли уже не пестициды и удобрения, а бактериофаги, то есть вирусы, поражающие вредные бактерии. Такая обработка повысила эффективность борьбы с сальмонеллой и листерией и увеличила сроки годности продукции.

Недостатки

Возникает логичный вопрос: если электростатический спрей так хорош, почему его применяют не везде? Дело в том, что такие мелкие капли падают медленно (около 7.5 см/с) и при такой скорости не всегда эффективно достигают цели. Кроме гравитации, на воду действуют и другие силы, например, ветер и инерция. Они «сбивают» заряженные капли с нужного курса быстрее, чем незаряженные, и это значит, что сопло должно быть расположено очень близко к поливаемой поверхности – обычно его применяют с дистанции 2 см.

При долгом применении электростатического спрея может возникнуть «эффект космического облака». То, что все капли заряжены одинаково, позволяет им охватить большую площадь поверхности, но если заряженная вода надолго останется на поверхности продукта, то начнёт отталкивать другие капли. Это создаст риск того, что вода попадёт в зоны, где её не должно быть.

Источник: crispy.news