İnce Havadan Su Elde Etmek

Güneşten yanmış bir ülke mütevazı bir böceğinden nasıl çok şey öğrenebilir?

Su kıtlığı ciddi bir küresel sorundur, ancak ya su ince havadan elde edilebilirse? Namib Çölü Böceklerinin kabuklarındaki sisten nasıl su çıkardığını ve bu malzemeler üzerindeki yenilikçi araştırmaları öğrenin.

Dorothea Mackellar’ın canlı ve çok sevilen sözleriyle Avustralya, “güneşten yanmış bir ülke, geniş ovalar, engebeli dağ sıraları, kuraklık ve sel yağmurları diyarıdır “. Kuraklık ve su kıtlığı, Avustralyalılar için çok tanıdık bir mücadeledir özellikle çiftçiler için. Bu sadece bir Avustralya mücadelesi değil, küresel bir mücadele. Halihazırda 2 milyardan fazla insan yüksek su stresi yaşayan ülkelerde yaşıyor , küresel nüfusun yaklaşık yarısı su kıtlığına duyarlı bölgelerde yaşıyor. 

Açıkça, su kıtlığı ciddi bir sorundur, peki ya size suyun ince havadan elde edilebileceğini söylersek? Kulağa sihir gibi geliyor ve muhtemelen kulağa gerçek olamayacak kadar iyi geldiği söylenebilir, ancak bazı Namib Çölü Böcekleri türleri tam da bunu yapıyor!

Böcekler, kabuklarında bir çıkıntı ve kanal deseni kullanarak sisten su çıkarır. Tümsekler hidrofiliktir ve kanallar hidrofobiktir, bu bölümler havadan su toplamak için birlikte çalışır. Hidrofilik yumrular havadan nem damlacıkları biriktirir, ardından böcek öne doğru eğilir ve hidrofobik kanallar onun ağzına damlamasına izin verir.

Araştırmacılar, böceğin kabuğunun şeklinin ve dokusunun suyu toplamaya nasıl yardımcı olduğunu araştırıyorlar ve böylece aynı şeyi yapabilen insan yapımı yüzeyleri nasıl yapabileceğimizi anlıyorlar. Bu yenilikler, suyu toplamak ve aktarmak için hidrofilik ve hidrofobik yüzeyler arasındaki etkileşime dayanmaktadır.

Hidrofobiklik, suyun bir yüzey üzerine yayılma veya ıslanma konusundaki isteksizliğidir. Yağ ve suyun nasıl karışmadığını düşünerek anlaşılabilecek bir terimdir. Aynı zamanda karışmazlık olarak da bilinir. Su, ‘polar’ bir madde olarak bilinen şeydir ve her molekülün oksijen atomu üzerinde biraz negatif, hidrojen atomlarında ise hafif pozitif bir yükü vardır. Bu, ‘hidrojen bağları‘ dediğimiz şey aracılığıyla su molekülleri arasında güçlü bir çekim yaratır. Maddelerin suyla karışması için de polar olması gerekir. Yağ molekülleri “polar değildir” ve molekül arasında yük ayrımı yoktur veya çok azdır. Suyun güçlü hidrojen bağları ağına katılamazlar ve sonuç olarak suyla karışmazlar. Aslında su molekülleri, yağ molekülleri ile etkileşimi önlemek için hidrojen bağlarını düzenlerler.

Hidrofobik bir yüzey, yağ gibi polar değildir su ve yüzey “karışamaz” ve bu, suyun yüzeyle temasını en aza indirerek daha yüksek bir temas açısı (veya daha yuvarlak damlacık) oluşturmasına yol açar .

Tersine, hidrofiliklik, suyun bir yüzey üzerine yayılma veya ıslanma eğilimini ifade eder. Hidrofilik yüzeyler, polar su molekülleri ile hidrojen bağı (uygun bir kimyasal yapıya sahiplerse) ve / veya moleküllerin yüklü kısımları arasındaki etkileşimler (dipol-dipol bağı olarak adlandırılır) yoluyla etkileşime girmelerine izin veren polar moleküllerden oluşur. Sudaki moleküller ile yüzeydeki moleküller arasındaki bu enerjik olarak elverişli etkileşimler, bu olumlu etkileşimlerin sayısını artırmak için suyun yüzeye daha fazla yayılmasını veya ‘ıslanmasını’ teşvik eder.  

Araştırmacılar, böceğin kabuğunu taklit eden çeşitli biyo-ilhamlı yapılar geliştirerek sisten su toplamaya ve su kıtlığıyla mücadeleye yardımcı olmaya çalıştılar. Bu yapılar, hidrofilik pamuğa bağlanan hidrofobik bir bakır ağ kadar basit ve ayrıca hidrofilik ve hidrofobik bölgelere sahip sürdürülebilir selüloz filmler. Bu teknolojiler su kıtlığı hafifletme ötesine ve potansiyel endüstriyel uygulamalarda, yağ-su emülsiyonları ayırmak için malzemelerin geliştirilmesi yapılıyor. Proteinler, hücre ve yüzeylere bakterilerin yapışmasını kontrol ve malzemelerin, veya hücrelerin birbirleriyle nasıl iletişim kurduğunu incelemek doku mühendisliği için yararlı olabilir.

Mütevazı böcek, insanlığın korkutucu zorlukların çözülmesine ve gelecek için inovasyona yardımcı olmak için doğadan ne kadar ilham alabileceğini ve ondan ne kadar öğrenebileceğini gösteriyor.