Güneş Işığı ile Havadan İçme Suyu Elde Edildi

MIT ve Berkeley California Üniversitesi'nden araştırmacılar, yalnızca güneş ışığı kullanarak kuru havadan içme suyu üretmeyi başardılar. Bu çalışma, özellikle kurak bölgelerdeki su ihtiyacını çözebilir.

A- A+

17.09.2019 tarihli yazı 8382 kez okunmuştur.

Su olmadan diğer tüm canlılar gibi biz insanlar da yaşayamayız. Zamanın başlangıcından bu yana bizler her daim suyun yanında yaşamımızı sürdürdük. Hatta suya olan ihtiyacımız yüzden suyun olmadığı geniş toprakları terk edilmiş bıraktık. Havadaki nemden su çıkarmayı başarabilen yeni bir makine bu durumu değiştirmeye aday görünüyor. Üstelik bu makinanın tek ihtiyacı olan şey ise güneş ışığı.

Bir kahve kupası büyüklüğündeki bu yeni cihaz, güneş ışığı dışında hiçbir şey kullanmadan çöl havasında içilebilir su üretebiliyor. ‘Gücünü güneş ışığından alan hasatçı’ adı verilen cihaz, MIT ve Berkeley California Üniversitesinde bulunan araştırmacılar üretti. Araştırmacılar bunu yapmak için, metal-organik yapı (MOF) olarak bilinen özel bir madde türü kullandılar.

►İlginizi Çekebilir: Yazdırılabilir Su Sensörü Geliştirildi

ABD'li araştırmacılar, düşük nemli bile olsa, günde yaklaşık bir litre su verebilen taşınabilir, güneş enerjili su toplayıcılar geliştirdiler. Berkeley California Üniversitesi’nde Kimya Öğretmeni olan Ortak kurucu Omar Yaghi; “Bu cihazla, bir saat içinde bir kola kutusu miktarında su elde edebilirsiniz.” açıklamasında bulundu. “Bu bir insanın çölde hayatta kalabilmesi için gereken su miktarı için yeterlidir.” Bu miktar kulağa çok az gibi gelebilir ancak tasarımcılar mevcut cihazın sadece bir prototip olduğunu cihazın daha da geliştirilebilir olduğunu belirttiler. Tasarımcılar bu cihazın, Orta Doğu ve Kuzey Afrika gibi dünyanın en sıcak ve uzak bölgelerinde taze su depolaması için ölçeklendirileceğini belirttiler.

Düşük enerjili su toplama konusunda önceki girişimlerde, bağıl nemi %50’nin altında tutmak için mücadele edilmekteydi. Yaghi ve çalışma arkadaşları özel materyal sayesinde yeni cihazın, suyu havadan % 20 bağıl nem oranıyla elde ettiğini, 13 Nisan’da Science‘da online olarak rapor ettiler. Bu, öğleden sonra ortalama bağıl nemin yüzde 21 olduğu Las Vegas’ta su oluşturmak gibidir.

İçme suyu kaynakları, artan insan nüfusunun artan taleplerini karşılamakta yetersiz kalıyor ve iklim değişikliğinden kaynaklanan yağışlardaki değişimler de bu sorunun daha da büyümesine sebep oluyor. Zaten, dünya nüfusunun üçte ikisi su kıtlığı çekmektedir. Atmosferde kullanılamayan 5 milyardan fazla olimpik yüzme havuzunu doldurabilecek buhar ve su damlacıkları şeklinde bulunan nem mevcuttur.

►İlginizi Çekebilir: Dünyanın Güneş Enerjisi ile Beslenen İlk Demiryolu Hattı

Havanın suya doygun olduğu zamanlarda nemi dışarı çıkarmak daha kolaydır. Ancak nemli bölgeler su sıkıntısı sorununun olmadığı yerlerdir ve kurak alanlardaki suyu çekmek daha büyük bir zorluktur. Silika jeller gibi süngerimsi malzemeler, düşük bağıl nemde bile havadan nem alabilir. Bununla birlikte, bu malzemeler suyu çok yavaş çıkartmaktadırlar ve toplanan suyu malzemeden çıkarmak için çok fazla enerji kullanmaları gerekmektedir.

Yeni cihazda her iki problemi de önleyen bir malzeme kullanılmaktadır. MIT makine mühendisi Evelyn Wang, Yaghi ve meslektaşları, organik moleküller ile bağlanmış elektrik yüklü metal atomlarından oluşan mevcut bir materyali yeniden kullandılar. MOF-801 isimli bu metal-organik yapı (MOF) gazları su buharı olarak tutabilen mikroskobik, gözenekli süngerimsi bir ağdan oluşmaktadır.

Oda sıcaklığında, su buharı gözeneklerde toplanır ve sıcaklık arttıkça su cihazın içinde birikir. Ortam havası, MOF kristalleri üzerinden yayıldığında, su molekülleri içteki yüzeylere tutunur. Sistem üzerinde yapılan X-ışını kırınım çalışmaları, su buharı moleküllerinin sık sık sekizli gruplar halinde bir araya gelerek küpler oluşturduğunu gösterdi. Daha sonra güneş ışığı MOF’u ısıtıyor ve bağlı durumdaki suyu, dış mekandaki havayla aynı sıcaklıkta olan yoğunlaştırıcıya doğru itiyor. Bu buhar yoğunlaşarak sıvı su haline geliyor ve bir toplayıcıya doğru damlayarak temiz içme suyu elde edilmiş oluyor.

Cihazın prototipi bakır köpüğü ile karıştırılmış bir MOF-801 tabakası içeriyor. Gölgede bırakılan bu katman havadan su buharı toplar. Doğrudan güneş ışığına alındığında katman ısınır ve su buharı altta yatan bir odaya kaçar. Odadaki bir kondansatör buharı soğutup içilebilir bir sıvıya dönüştürür. Bütün bu süreç iki saat kadar sürüyor. Cihazın laboratuvar testlerinde kullanılan her MOF-801 için kilogram başına günde 2,8 litre su toplamaktadır. Yaghi, şu an olduğu gibi, cihazın su üreten altyapıya sahip olmayan kuru bölgelerde kişisel bir su kaynağı olarak kullanılabileceğini ya da sistemin bir topluluğa yetecek kadar su üretmek için ölçeklendirilebileceğini söylüyor.

Atlanta'daki Georgia Tech’te kimya mühendisi Krista Walton “Cihazın düşük bağıl nemde su üretme yeteneği bir dönüm noktasıdır, bugün hiç kimse MOF'leri böyle kullanmıyor” diyor. Walton, ölçeklendirme maliyetine gelince, cihazın metal-organik yapısında kullanılan malzemelerin “egzotik olmadığını”, “Talep olsaydı kesinlikle malzemenin büyük ebatlarda üretilmesi mümkün olurdu” diye belirtiyor.

►İlginizi Çekebilir: Rüzgar ve Güneşten Enerji Üreten Bayrak Geliştirildi

Cihaz, MIT’de bir binanın çatısında denenmiş ve inanılmaz derecede umut veren sonuçlar sunmuştur. İlk saha denemeleri Arizona çölünde yürütüldü ve araştırmacılar, cihazın taze ve içilebilir su toplayabildiğini göstermiş oldular. Omar Yaghi; “Cihaz ortam sıcaklığında ve ortamdaki güneş ışığıyla çalışıyor. Üstelik, ilave hiçbir enerji girişi olmadan çölde su toplayabiliyorsunuz. Laboratuvardan çöle uzanan bu yolculuk; su hasadını, gerçekten ilginç bir olgudan bilime dönüştürmemize imkân sağladı.”

Deney Arizona’nın Scottsdale şehrinde yürütüldü. Buradaki bağıl nem, gece vakti yüzde 40 gibi yüksek bir seviyeden, gündüz boyunca yüzde 8 kadar düşük bir seviyeye düşüyor. Sonuçlar, daha fazla MOF eklenmesiyle su toplayıcısının kolay bir şekilde büyütülebileceğini gösterdi. MOF, suyu emme işleminde kullanılmaktadır. Şu an kullandıkları MOF (MOF-801), zirkonyum isimli pahalı bir metalden yapılıyor ve kilogram başına yaklaşık 200 ml su toplayabiliyor. Ancak Yaghi, en az 303 kat daha ucuz olan ve laboratuvar testlerinde iki kat fazla su yakalayabilen, MOF-303 isimli, alüminyuma dayalı yeni bir MOF oluşturdu. Bu durum, yeni malzemeyi kullanan hasatçıların, günde 3 bardaktan fazla su üretebileceği anlamına geliyor; bu miktar, bir insanın günlük ihtiyacının yaklaşık yarısı. “İnsanlar cihazı ticarileştirmeye çok büyük ilgi gösterdiler ve şu an ticari bir su toplama cihazı geliştirmekle uğraşan birkaç yeni şirket bulunuyor” diyor Yaghi.

►İlginizi Çekebilir: Karbondioksitten Elektrik Üretilerek Küresel Isınma Önlenecek

Alüminyum MOF daha ucuz olduğu için su üretimini elverişli hale getirmektedir. Yaghi, MOF üzerinde ilk olarak 20 yıldan uzun süre önce çalışmış. MOF’lar, sıradan metal katmanlarından farklı olarak, magnezyum veya alüminyum gibi metallerin organik moleküllerle birleştirildiği yapılar. Bu birleşim, gaz veya sıvıları depolamak için mükemmel olan ve sert, gözenekli yapılar meydana getiren bir dizilimde gerçekleştiriliyor. Dünya çapındaki araştırmacılar, o zamandan beri 20.000’den fazla farklı türde MOF oluşturdular ve şu an bunlar karbondioksit yakalamakta, hidrojen veya metan gibi kimyasalları etkili bir şekilde depolamakta kullanılıyor.

Kaynak:

►theengineer
►sciencenews
►scienceadvances

Yazar: Hilal Karadaş