Teksas merkezli araştırmacılar, küresel çapta önemli bir sorun olan su kıtlığına çözüm getirirken, şişelenmiş suya olan bağımlılığı azaltabilecek veya ortadan kaldırabilecek sürdürülebilir bitki bazlı bir malzeme geliştirdiler.
Hidrojel olarak bilinen malzeme, bir sünger gibi davranarak havadan nemi çeker ve düşük sıcaklıklarda ısıtıldığında serbest bırakır. Her yerde, hatta düşük nem seviyelerine sahip uzak, şebekeden uzak yerlerde bile kullanılabilir ve emilen su içmek için güvenlidir.
Dünya çapında en az iki milyar insan güvenli içme suyuna erişimden yoksundur ve iklim ısınmaya devam ettikçe bu sayının artması beklenmektedir. Buna karşılık, Birleşmiş Milletler 2030 yılına kadar "güvenli ve uygun fiyatlı içme suyuna evrensel ve eşit erişim " hedeflemektedir.
 |
Atmosferin yaklaşık 13.000 trilyon kilogram su içerdiği tahmin ediliyor ve bu bol kaynağın kullanılması bu hedefe ulaşmanın anahtarı olabilir.
Doğadan su hasadı malzemeleri temin etmek
Bilim insanları, selüloz, nişasta ve kitosanı (kabuklu deniz hayvanlarının kabuklarında ve mantarlarda bulunan bir bileşik) kimyasal olarak değiştirerek, bunların su emme ve bırakma yeteneklerini artırarak hidrojeller oluşturdu.
Modifikasyon süreci, su tutulumunu iyileştirmek ve daha düşük sıcaklıklarda su desorpsiyonunu teşvik etmek için belirli fonksiyonel grupların selüloz, nişasta ve kitosanın kimyasal yapılarına aşılanmasını içeriyordu ve bu da süreci daha enerji verimli hale getiriyordu.
Araştırmacılar ayrıca hidrojelin su emme performansını artırmak için bir tuz olan lityum klorürü hidrojelin içine yerleştirdiler. Kimyasal yapıları nedeniyle tuzlar, higroskopiklik olarak bilinen bir özellik olan suya karşı doğal bir yakınlığa sahiptir; tuzun yiyecekleri korumada bu kadar etkili olmasının nedeni budur.
Yu, "Çözünebilen ve sızabilen serbest tuzların aksine, lityum klorürü hidrojel matrisi içinde hareketsiz hale getirdik, böylece istenmeyen kayıpları önlerken higroskopik özelliklerini koruyabiliyoruz. Bu kombinasyon, hidrojelin kurak koşullarda bile atmosferdeki nemi yakalamada son derece etkili kalmasını sağlıyor" dedi.
Hidrojeller ne kadar pratik?
Araştırmacılar, gerçek dünya senaryosunda hidrojelden ne kadar su hasat edilebileceğini bulmak için, başlangıçtaki iç mekan testlerinde en yüksek su emilimini gösteren selüloz bazlı hidrojeli, Teksas'ın Austin şehrindeki açık hava deneyinde test ettiler.
Altı gün boyunca, her emilim döngüsü sırasında hidrojelin havadan yakaladığı suyun, hidrojeli 60 °C'de elektrikli bir sıcak plaka üzerinde ısıtarak buharlaştırıldığı emilim ve desorpsiyon döngüleri arasında dönüşümlü olarak çalıştılar. Su buharını, sıcak plakanın üzerindeki bir cam örtü üzerinde yoğunlaştırarak topladılar.
Araştırmacılar, yakalanan suyun %95'inin her dört saatlik ısıtma periyodunda bu sıcaklıkta salınabileceğini buldular. Her desorpsiyon döngüsü sırasında toplanan su miktarına dayanarak, bir kilogram sorbentin günde ortalama 14 litreden fazla su sağlayabileceğini hesapladılar.
Yu'ya göre, bu su miktarı, metal-organik çerçeveler de dahil olmak üzere atmosferik su hasadı için araştırılan diğer sorbentlerin verdiği verimi aşıyor. Bu malzemeler ayrıca depolanan suyu serbest bırakmak için çok daha yüksek sıcaklıklar gerektirebilir.
Plastik atıkların ve şişelenmiş su üretimi ve nakliyesiyle ilişkili karbondioksit emisyonlarının önlenmesi gibi çevresel faydalarının yanı sıra, atmosferik su hasadı, şişelenmiş su satın almaktan çok daha ekonomik olma potansiyeline sahiptir.
Araştırmanın başındaki isme göre, birkaç yıl içinde, su ihtiyacına ve yerel şişelenmiş su fiyatlarına bağlı olarak hane başına yüzlerce ila binlerce dolar tasarruf sağlanabilir.
Yu ve ekibi şu anda hidrojel sorbentin ve su hasadı sürecinin enerji verimliliğini ve pratikliğini artırmak için çalışıyor.
