Sadece güneş tarafından desteklenen cihaz sayesinde su, kuru havadan çekilmektedir

Her evin yalnıza güneş enerjisini kullanarak, kuru ya da çöl ortamlarında bile bir evin ihtiyaç duyduğu suyu çeken bir alet olan geleceği hayal edin.

Bu hafta, sadece kurak bölgelerde yaygın olarak kullanılan su biçerdöverleri –ortamın güneş ışığını kullanan bir alet- sayesinde havada bulunan %20 nem seviyesinden 1 litre su elde edilmiştir.

Science Dergisinde bildirilen, güneş enerjisiyle çalışan biçerdöver, Massachusetts Institute of Technology’ de Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nde üretilen özel bir materyal – MOF – metal-organik bir çerçeve kullanarak inşa edilmiştir.

UC Berkeley’de kimya bölümünden, James ve Neeltje Tretter gazetelerinin kimya başkanlığını yapan aynı zamanda Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ nda fakülte bilim adamı olan Omar Yaghi, “Bu, düşük nemde havadan su toplama uzun süredir devam eden bir atılımdır” demiştir.  “Şu anda bunu yapmanın ekstra enerji kullanımı dışında başka yolu yoktur.  Evdeki elektrikli nem gidericiniz ‘çok pahalı su’ üretir. ” Bu prototip; %20-30 nem koşulları altında 1 kilogram (2.2 pound) MOF kullanarak, 12 saatlik süre zarfında 2.8 litre suyu havadan çekebilmektedir. MIT’ de bulunan çatı testleri, cihazın gerçek dünya koşullarında da çalıştığını kanıtlamıştır. Berkeley Gloal Science’nin kurucu direktörü aynı zamanda Institute, Kavli Energy NanoSciences Enstitüsü ve BASF tarafından California Research Alliance’ın eş direktörlüğünü yapan Yaghi ‘Geleceğin vizyonu, evde ihtiyaç duyduğunuz miktardaki suyu güneş enerjisini kullanarak sağlayan cihaza sahip olmanızdır.’ demiştir.  ‘Bana göre, bu deney sayesinde bu mümkün olacak. Bunu kişiselleştirilmiş su olarak tanımlıyorum.’ diye bu konudaki düşüncelerini dile getirmiştir.

Teneke oyuncaklar

Yaghi, gazları ve sıvıları depolamak üzere; katı ve gözenekli yapılar oluşturmak için magnezyum veya alüminyum gibi metalleri, organik moleküller ile birleştirerek metal-organik çerçeveleri 20 yıldan daha uzun bir süre önce icat etmiştir. O zamandan itibaren dünya çapındaki araştırmacılar tarafından 20000’ den fazla farklı MOF’ ler oluşturulmuştur. Bunlardan bazıları metan ve hidrojen gibi bazı kimyasallardan içermektedirler. MOF dolu tanklar basınç altında boş bir tanka pompalanabilinen metanın üç katını tutmaktadır.  Bunun üzerine, BASF kimya şirketi Yaghi’ nin doğal gaz yakıtlı kamyonlarını test ediyor.  Diğer MOF’ lar baca gazlarından, karbondioksit yakalayabilmektedirler, adsorbe edilen kimyasalların reaksiyonunu katalizleyebilir veya proses tesislerinde petrokimyasalları ayırabilirler. 2014 yılında Yaghi ve UC Berkeley ekibi, su buharı ile bağdaşan; zirkonyum metali ve apidik asit karışımı olan bir MOF sentezlemişlerdir, MIT’ de makine mühendisi Eveleyn Wang, MOF’ u su toplama sistemine çevirmiştir. Wang ve öğrencileri havaya açık ir odanın içine yerleştirilen, bir güneş adsorbe edici ile bir yoğunlaştırıcı plaka arasına sıkıştırılmış, iki pounddan daha büyük boyutlu MOF kristallerinden oluşan bir sistem tasarlamışlardır. Ortamda bulunan hava, gözenekli MOF boyunca dağılırken, su molekülleri tercihen iç yüzeylere yapışır. X-ışını kırınım çalışmaları, su buharı moleküllerinin küp oluşturmak üzere sekiz grup halinde toplandığını göstermiştir.  Bir pencere içerisinden giren güneş ışığı MOF’ u ısıtır ve yapısında bulunan bağlı suyu dışarıdaki hava sıcaklığındaki yoğunlaştırıcıya doğru sürmektedir. Buhar, sıvı su olarak yoğunlaşır ve toplayıcıya damlar. Wang, ‘Bu çalışma, yüksek bağıl nem koşullarına ihtiyaç duymamaktadır. Mevcut teknolojilerden daha verimli bir şekilde enerji kullanarak su elde etmek için yeni bir yol sunmaktadır.’ demiştir. Yaghi, kavramsal biçerdöverin kanıtını iyileştirmek için çok fazla alan bıraktığını söylemiştir.  Mevcut MOF, sudaki ağırlığının sadece% 20’sini emebilir, ancak diğer MOF malzemeleri% 40 veya daha fazlasını emebilir. Malzeme aynı zamanda daha yüksek veya daha düşük nem seviyelerinde daha etkili olacak şekilde ayarlanabilir.‘Sadece su toplayan pasif  bir cihaz yaptık; daha deneyimli ve teorik temelleri attığımız ve böylece daha iyi malzemeleri bulmak için binlerce yapılaşmış diğer MOF’ leri tarayabilmekteyiz’ dedi. ‘Hasat edilen su miktarını arttırmak için çok fazla potansiyel vardır. Bundan sonra bu mühendislik meselesidir.’.

Yaghi ve ekibi MOF’larını geliştirirken Wang daha fazla su üretmek için hasat sistemini geliştirmeye devam ediyor. ‘Her zaman suyun çalışması için, geve boyunca nemi emen ve gün boyunca yayacak bir sistem tasarlayabilirsiniz.’ dedi. ‘Veya daha fazla havanın içeri girdiği daha hızlı bir oranda buna izin verecek şekilde güneş kollektörünü tasarlayın. Çölün herhangi bir yerinde kalırsanız,  bu cihaz sayesinde hayatta kalabileceğinizi göstermek istedik. Bir kişi, bir günde yaklaşık bir kola kadar suya gereksinim duyar.  Bu ihtiyaç, bu sistemle bir saatten kısa sürede toparlanabilir.’.

Yaghi ve Wang’la birlikte gazetenin ortak yazarları, UC Berkeley’den Eugene Kapustin ve Hiroyasu Furukawa ve MIT’den Ari Umans’tır. Hyunho Kim, Sungwoo Yang, Sameer Rao, Shankar Narayanan. İşin kısmen ABD Enerji Bakanlığı’nın bir programı olan ARPA-E tarafından desteklenmiştir. Yaghi’nin laboratuvarında MOF çalışmaları, BASF ve Suudi Arabistan’ın Riyad şehrinde bulunan Bilim ve Teknoloji Kral Abdulaziz tarafından desteklenmektedir.

Kaynak : berkeley.edu