Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 184. Sayı (Kasım 2023)

46 SU VE ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ • Kasım / 2023 suyu malzemeden çıkarmak için çok fazla enerji kullanmaları gerekmektedir. Yeni cihazda her iki problemi de önleyen bir malzeme kullanılmaktadır. Organik moleküller ile bağlanmış elekt- rik yüklü metal atomlarından oluşan mevcut bir materyali yeniden kullandılar. MOF-801 isimli bu metal-organik yapı (MOF) gazları su buharı olarak tutabilen mikroskobik, gözenekli süngerimsi bir ağdan oluşmaktadır. Oda sıcaklığında, su buharı gözeneklerde toplanır ve sıcaklık arttıkça su cihazın içinde birikir. Ortam havası, MOF kristalleri üzerinden yayıldığında, su molekülleri içteki yüzeylere tutunur. Sistem üzerinde yapılan X-ışını kırınım çalışmaları, su buharı moleküllerinin sık sık sekizli gruplar halinde bir araya gelerek küpler oluşturduğunu gösterdi. Daha sonra güneş ışığı MOF’u ısıtıyor ve bağlı durumdaki suyu, dış mekandaki havayla aynı sıcaklıkta olan yoğunlaştırıcıya doğru itiyor. Bu buhar yoğunlaşarak sıvı su haline geliyor ve bir toplayıcıya doğru damlayarak temiz içme suyu elde edilmiş oluyor. Cihazın prototipi bakır köpüğü ile karıştırılmış bir MOF- 801 tabakası içeriyor. Gölgede bırakılan bu katman havadan su buharı toplar. Doğrudan güneş ışığına alındığında katman ısınır ve su buharı altta yatan bir odaya kaçar. Odadaki bir kondansatör buharı soğutup içilebilir bir sıvıya dönüştürür. Bütün bu süreç iki saat kadar sürüyor. Cihazın laboratuvar testlerinde kullanılan her MOF-801 için kilogram başına günde 2,8 litre su toplamaktadır. Yaghi, şu an olduğu gibi, cihazın su üreten altyapıya sahip olmayan kuru bölgelerde kişisel bir su kaynağı olarak kullanılabileceğini ya da sistemin bir topluluğa yetecek kadar su üretmek için ölçeklendirile- bileceğini söylüyor. Atlanta'daki Georgia Tech’te kimya mühendisi Krista Walton “Cihazın düşük bağıl nemde su üretme yeteneği bir dönüm noktasıdır, bugün hiç kimse MOF'leri böyle kul- lanmıyor” diyor. Walton, ölçeklendirme maliyetine gelince, cihazın metal-organik yapısında kullanılan malzemelerin “egzotik olmadığını”, “Talep olsaydı kesinlikle malzemenin büyük ebatlarda üretilmesi mümkün olurdu” diye belirtiyor. Cihaz, MIT’de bir binanın çatısında denenmiş ve ina- nılmaz derecede umut veren sonuçlar sunmuştur. İlk saha denemeleri Arizona çölünde yürütüldü ve araştırmacılar, cihazın taze ve içilebilir su toplayabildiğini göstermiş oldular. Omar Yaghi; “Cihaz ortam sıcaklığında ve ortamdaki güneş ışığıyla çalışıyor. Üstelik ilave hiçbir enerji girişi olma- dan çölde su toplayabiliyorsunuz. Laboratuvardan çöle uza- nan bu yolculuk; su hasadını, gerçekten ilginç bir olgudan bilime dönüştürmemize imkân sağladı.” Deney Arizona’nın Scottsdale şehrinde yürütüldü. Bura- daki bağıl nem, gece vakti %40 gibi yüksek bir seviyeden, gündüz boyunca %8 kadar düşük bir seviyeye düşüyor. Sonuçlar, daha fazla MOF eklenmesiyle su toplayıcısının kolay bir şekilde büyütülebileceğini gösterdi. MOF, suyu emme işleminde kullanılmaktadır. Şu an kullandıkları MOF (MOF-801), zirkonyum isimli pahalı bir metalden yapılıyor ve kilogram başına yaklaşık 200 ml su toplayabiliyor. Ancak Yaghi, en az 303 kat daha ucuz olan ve laboratuvar testlerinde iki kat fazla su yakalayabilen, MOF-303 isimli, alüminyuma dayalı yeni bir MOF oluşturdu. Bu durum, yeni malzemeyi kullanan hasatçıların, günde 3 bardaktan fazla su üretebileceği anlamına geliyor; bu miktar, bir insanın günlük ihtiyacının yaklaşık yarısı. “İnsanlar cihazı ticarileştirmeye çok büyük ilgi gösterdiler ve şu an ticari bir su toplama cihazı geliştirmekle uğraşan birkaç yeni şirket bulunuyor” diyor Yaghi. Alüminyum MOF daha ucuz olduğu için su üretimini elverişli hale getirmektedir. Yaghi, MOF üzerinde ilk olarak 20 yıldan uzun süre önce çalışmış. MOF’lar, sıradan metal katmanlarından farklı olarak, magnezyum veya alüminyum gibi metallerin organik moleküllerle birleştirildiği yapılar. Bu birleşim, gaz veya sıvıları depolamak için mükemmel olan ve sert, gözenekli yapılar meydana getiren bir dizilimde gerçekleştiriliyor. Dünya çapındaki araştırmacılar, o zamandan beri 20.000’den fazla farklı türde MOF oluşturdular ve şu an bunlar karbondioksit yakalamakta, hidrojen veya metan gibi kimyasalları etkili bir şekilde depolamakta kullanılıyor. Bu cihazın temelini oluşturan MOF (a metal organic frame) sistemi, bilim insanı Prof. Dr. Omar Yaghi tarafından 20 yıl önce geliştirildi. MOF sistemi yüksek düzeydeki orga- nik ve inorganik metalik partiküllerin birbirine geçmesiyle oluşturuluyor. Güneş enerjisiyle çalışan cihaz havadaki nem oranının aşırı derecede düşük olduğu çöllerde bile 24 saat boyunca kesintisiz su toplayabiliyor. TEKNİK