Deniz Suyundan Tatlı Su Üretiminde Büyük Adım: Tuzu Ucuza Süzen Nano-Gözenekler!

Süzmek var, “süzmek” var. ABD’deki mühendisler, insanlara içme suyuna erişim sağlama ve kuraklık gibi sorunlarla mücadelede yardım etme bakımından büyük kolaylıklar sağlayabilecek olan, deniz suyundan tuzu ayırmada önemli derecede daha fazla enerji tasarruflu bir yöntemle çıkageliyorlar.

Araştırmacılar, tuz ve diğer kirletici maddeleri engellerken, yüksek hacimlerdeki suyun ‘nanogözenekler‘ adı verilen son derece küçük delikler üzerinden geçişini sağlayan bir malzeme geliştirdi. Kullandıkları malzeme (bir nanometre kalınlığında ve nanogözenekler ile delinmiş molibden disülfit [MoS2]) mühendislerin örneklediği bir miktar ince filmli zarların en verimli olanı ve grafenden yüzde 70’e kadar daha fazla su süzüyor. Illinois Üniversitesi’nde mekanik bilimi ve mühendisliği profesörü olan ve çalışmaya önderlik eden Narayana Aluru şöyle konuşuyor: 

Bu gezegende bir sürü suya sahip olsak bile, bunun çok küçük bir miktarı içilebilir durumdadır. Eğer deniz suyunu saflaştırmak için düşük masraflı, etkili bir yöntem bulabilirsek, su krizini çözmede iyi gelişmeler kaydediyor oluruz.

Bu çözüm, nanodeliklere sahip “molibden disülfit” olabilir. Tuzdan arındırma işlemi yeni bir fikir olmasa da, bu yeni tür malzeme ile birlikte kazanılan verim (hem süzme işini yapmak için gereken enerji hem de tuzdan arındırma düzeneğini çalışır halde tutmanın masrafı bakımından), büyük miktarlardaki deniz suyunu işlemede büyük bir fark oluşturabilir. Aluru şöyle diyor:

Etkili şekilde tuzdan arındırma için malzeme bulmak büyük bir sorundu ve şimdi bu çalışmanın, sonraki nesil malzemeler için temel oluşturduğunu düşünüyorum. Bu malzemeler, uzun bir süredir tuzdan arındırma teknolojisinin başına dert açan konular olan enerji kullanımı ve tıkanma bakımından verimliler.

Geleneksel tuzdan arındırma işlemi, deniz suyunu ince bir plastik zar üzerinden geçiren ters osmoza dayanıyor, fakat işlem bir miktar darboğaza uğruyor. Zar ince görünse de, mikroskobik bir bakış açısından, bir tabakadan ziyade daha çok sadece bir nanometre kalınlığındaki boru veya tünel gibi. Bu da çalışması için daha fazla basınç (ve bu yüzden daha fazla enerji) gerektirdiği anlamına geliyor. Aynı zamanda bunlar, işletimsel masrafları artıran tıkanmaya daha müsaitler.

Karşılaştırıldığı zaman, molibden disülfitin sahip olduğu son derece ince yapı, suyun çok daha az dirençle geçmesine izin verirken, yukarıdaki engellerin çoğunu azaltıyor veya ortadan kaldırıyor. Fakat yapının ardındaki marifet sadece sahip olduğu mühendislikte değil. Çalışmanın ilk yazarı olan Muhammed Heiranian şöyle konuşuyor:

MoS2, merkezde bulunan molibdenin suyu çekme üstünlüğüne sahip, ardından diğer taraftaki sülfür bunu itiyor, bu sayede gözenekten çok daha fazla su geçiyor. Bu, gözeneğin ve MoS2’nin kimyasının doğasında bulunuyor, bu yüzden grafen ile birlikte çok karmaşık bir işlem olan gözeneği işlevsel hale getirmek zorunda kalmıyoruz.

İşte artık dünyanın ilk susamış su süzgecine sahibiz. Araştırmacılar için bir sonraki adım, örnekledikleri tuzdan arındırma yöntemini hayata geçirecek üreticilerle işbirliği yapmak. İlk adım test etmek olacak; fakat elde ettikleri (ve Nature Communications dergisinde yayınlanan) bulgulardan, herkesin faydalanması için endüstriyel bir ölçeğe uygulanabileceğinden emin durumdalar. Yüksek lisans öğrencisi olarak Illinois’teki araştırmada çalışmış olan, Stanford Üniversitesi’nde doktora sonrası üye Amir Barati Farimani şöyle söylüyor: 

Şimdi Kaliforniya’dayım ve burada kuraklık ve bunun nasıl ele alınacağı hakkında bir sürü şey konuşuluyor. Bu çalışmanın, tuzdan arındırma tesislerinin tasarımcılarına yardım edebileceğine dair epey umutluyum