Devrim Yaratan Çalışma: Çöl Havasından Su Toplama
MIT mühendisleri tarafından geliştirilen yeni bir malzeme, “rekor kıran” buhar emilimi sergiliyor. Çöl benzeri koşullarda bile havadan rekor miktarda nemi emebilen süper emici bir malzeme sentezlediler.
Malzeme su buharını emdikçe, daha fazla neme yer açmak için şişebilir. Yüzde 30 bağıl neme sahip çok kuru koşullarda bile havadaki buharı çekebilir ve sızıntı yapmadan nemi tutabilir. Su daha sonra ısıtılabilir ve yoğunlaştırılabilir, ardından ultra saf su olarak toplanabilir.
Şeffaf, kauçuksu malzeme, tek kullanımlık çocuk bezlerinde de kullanılan, doğal olarak emici bir malzeme olan hidrojelden yapılmıştır. Ekip, hidrojelin emiciliğini, güçlü bir kurutucu olduğu bilinen bir tür tuz olan lityum klorür ile aşılayarak artırdı.
Araştırmacılar, hidrojeli önceki çalışmalarda mümkün olandan daha fazla tuzla aşılayabileceklerini keşfettiler. Sonuç olarak, tuz yüklü jelin, sınırlı diğer malzeme tasarımlarına sahip çok kuru koşullar da dahil olmak üzere, çeşitli nem seviyelerinde benzeri görülmemiş miktarda nemi emdiğini ve tuttuğunu gözlemlediler.
Hızlı ve büyük ölçekte yapılabilirse, süper emici jel, özellikle malzemenin sürekli olarak buharı emebildiği ve daha sonra içme suyuna yoğunlaştırılabileceği çöl ve kuraklığa eğilimli bölgelerde pasif bir su toplayıcı olarak kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca, malzemenin enerji tasarrufu sağlayan, nem giderici bir unsur olarak klima ünitelerine sığabileceğini öngörüyorlar.
Carlos Díaz-Marin, “Çoğunlukla malzemenin temel özelliklerine odaklanmamız anlamında uygulamadan bağımsız olduk,” diyor. “Ancak şimdi, klimayı nasıl daha verimli hale getireceğimiz ve suyu nasıl toplayacağımız gibi çok farklı sorunları araştırıyoruz. Bu malzeme, düşük maliyeti ve yüksek performansı nedeniyle çok fazla potansiyele sahip.”
MIT’nin Cihaz Araştırma Laboratuvarı’nda araştırmacılar, dünyanın enerji ve su sorunlarını çözmek için yeni malzemeler tasarlıyor. Ekip, havadan su toplamaya yardımcı olabilecek malzemeleri ararken, çoğunlukla sudan ve bir miktar çapraz bağlı polimerden yapılan kaygan, esnek jeller olan hidrojellere odaklandı. Hidrojeller, malzeme ile temas ettiklerinde şişip büyük miktarda su emebildikleri için yıllardır çocuk bezlerinde emici malzeme olarak kullanılmaktadır.
“Sorumuz şuydu, bu işi havadan buharı emmek için nasıl iyi hale getirebiliriz?” Díaz-Marin diyor.
O ve meslektaşları literatürü karıştırdı ve başkalarının hidrojelleri çeşitli tuzlarla karıştırmayı denediğini buldu. Buzu eritmek için kullanılan kaya tuzu gibi bazı tuzlar, su buharı da dahil olmak üzere nemi emmede çok etkilidir. Ve aralarında en iyisi, kendi kütlesinin 10 katından fazla nem emebilen bir tuz olan lityum klorürdür. Tek başına bir yığın halinde bırakıldığında, lityum klorür havadaki buharı çekebilir, ancak nem yalnızca tuzun etrafında toplanır ve emilen suyu tutmanın hiçbir yolu yoktur.
Bu nedenle, araştırmacılar tuzu hidrojele aşılamaya çalıştılar – hem nemi tutabilen hem de daha fazla su barındırmak için şişebilen bir malzeme ürettiler. Şu anda Berlin’deki Humboldt Üniversitesi’nde baş araştırmacı olan Graeber, “Her iki dünyanın da en iyisi,” diyor. “Hidrojel çok fazla su depolayabilir ve tuz çok fazla buhar tutabilir. Bu nedenle, ikisini birleştirmek istemeniz sezgiseldir.”
Ancak MIT ekibi, diğerlerinin jellerine yükleyebilecekleri tuz miktarının sınırına ulaştığını tespit etti. Bugüne kadarki en iyi performans gösteren numuneler, polimerin gramı başına 4 ila 6 gram tuz içeren hidrojellerdi. Bu numuneler, yüzde 30 bağıl neme sahip kuru koşullarda malzemenin gramı başına yaklaşık 1.5 gram buhar emmiştir.
Çoğu çalışmada, araştırmacılar daha önce hidrojelleri tuzlu suda ıslatarak ve tuzun jellere nüfuz etmesini bekleyerek numuneleri sentezlemişlerdi. Çoğu deney 24 ila 48 saat sonra sona erdi, çünkü araştırmacılar sürecin çok yavaş olduğunu ve jellerde çok fazla tuz kalmadığını gördüler. Ortaya çıkan malzemenin su buharını emme kabiliyetini test ettiklerinde, ilk etapta nemi emmek için çok az tuz içerdiklerinden numuneler çok az ıslandı.
Materyal sentezinin, örneğin günlerce, hatta haftalarca devam etmesine izin verilirse ne olur? Yeterli zaman verilirse bir hidrojel daha fazla tuz emebilir mi? Bir yanıt için MIT ekibi, poliakrilamid (yaygın bir hidrojel) ve lityum klorür (süper emici bir tuz) ile deneyler yaptı. Hidrojel tüplerini standart karıştırma yöntemleriyle sentezledikten sonra, araştırmacılar tüpleri ince diskler halinde dilimlediler ve her diski farklı bir tuz konsantrasyonuna sahip bir lityum klorür çözeltisine bıraktılar. Her gün diskleri tartmak ve jellere bulaşan tuz miktarını belirlemek için solüsyondan çıkardılar, sonra solüsyonlarına geri verdiler.
Sonunda, gerçekten de, daha fazla zaman verildiğinde, hidrojellerin daha fazla tuz aldığını buldular. 30 gün boyunca tuzlu solüsyonda bekletildikten sonra, bir gram polimer başına 6 gram tuz olan önceki rekora kıyasla 24’e kadar hidrojel dahil edildi.
Ekip daha sonra çeşitli nem koşullarında absorpsiyon testlerinden geçerek tuz yüklü jellerin çeşitli örneklerini koydu. Numunelerin tüm nem seviyelerinde sızıntı yapmadan şişebileceğini ve daha fazla nem emebileceğini buldular. En önemlisi, ekip yüzde 30 bağıl nem gibi çok kuru koşullarda, jellerin malzemenin gramı başına 1,79 gram “rekor kıran” su yakaladığını bildirdi.
Şu anda malzemenin süper emici özelliklerini hızlandırmanın yollarını arayan Díaz-Marin, “Gece boyunca herhangi bir çölde bu kadar düşük bağıl nem bulunur, bu nedenle bu malzemenin çölde su üretmesi olasıdır,” diyor.
Graeber, “Beklenmedik büyük sürpriz, bu kadar basit bir yaklaşımla bugüne kadar bildirilen en yüksek buhar alımını elde edebilmemizdi” diyor. “Şimdi ana odak noktası kinetik ve malzemenin suyu ne kadar çabuk emmesini sağlayabileceğimiz olacak. Bu, bu malzemeyi çok hızlı bir şekilde dönüştürmenize olanak tanıyacak, böylece suyu günde bir kez geri kazanmak yerine günde belki 24 kez su toplayabilirsiniz.”
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Devrim Yaratan Çalışma: Çöl Havasından Su Toplama/ Devrim Yaratan Çalışma: Çöl Havasından Su Toplama
Robo-Eldiven İle Piyano Çalmayı Öğrenebilirsiniz. Sadece Bu da Değil!