Tuzdan arındırma: Susuzluk yükünü hafifletmek

1900'lü yıllardan itibaren kuraklığın yaygın etkileri sonucu yaklaşık 11 milyon insan telef olmuştur. Kuraklık - bir bölgedeki ortalama yağış miktarından daha düşük bir dönem - büyüyen bir küresel sorundur. Sonuçlar arasında tatlı su seviyelerinde azalma, kıtlık ve hastalıklar yer alır.

Küresel ölçekte tuzdan arındırmanın önemi

Artan bir nüfusu sürdürmek için, araştırmalar bu sorunlara bir çözüm geliştirmeye yöneliktir. Yeraltı suyu sondajı ve atık suyun geri dönüşümü geçici çözüm örnekleridir. Bu çözümler arasında tuzdan arındırma vardır. Tuzdan arındırma, tatlı suyu safsızlıklardan ayırarak, ters ozmoz yoluyla tuzlu suyu bir zardan zorlama işlemidir. İsrail ve Kaliforniya gibi yerlerde kullanılmasına rağmen, yoğun enerji tüketimi konusundaki itibarı nedeniyle tuzdan arındırma henüz dünyanın geri kalanı tarafından kullanılmamaktadır.

Maliyeti düşürmeye yönelik bir yaklaşım, membran yapımında kullanılan birincil malzemeyi, poliamid adı verilen nispeten ucuz bir malzemeyle değiştirmektir. Ne yazık ki, bu ikame başka bir fiyatla geliyor. Klorun, bakterileri yok etmek için suyun arıtılmasında bulunan bir kimyasal olduğu bilinmektedir, ancak poliamid ile temas, zarı bozar. Dejenerasyonu önlemek için, klorun ekstraksiyonu tuzdan arındırma prosesinde ek bir adım haline gelir. Bununla birlikte, klor olmadığında mikroplar oluşabilir ve suyun akışını engelleyebilir.

Olası bir çözüm, poliamidi grafen oksit ile değiştirmektir. Bileşik grafen petek yapısına benzer bir yapıya sahiptir. Bu malzemenin suya daha geçirgen olacağı ve dolayısıyla su akışını dikte etmek için gereken basıncı azaltacağı tahmin edilmektedir.

MIT malzeme bilimcileri Jeff Grossman, Shreya Dave ve meslektaşları, araştırmalarında bu bileşiği kullanıyor. Grafit parçalarından sıyrılan grafen pulları suya yerleştirilir. Sıvı daha sonra vakumlu filtrasyon yoluyla emilir ve kalıntılar olarak tabakalar bırakılır. Kalıntılar, karbon ve oksijen atomlarını bağlayarak parçalar oluşturmak için bir araya getirilir. Bu füzyon, pullar arasındaki boşlukları, tuz ve diğer safsızlıkları engellerken su moleküllerinin akışına izin verecek kadar geniş yapacak şekilde değiştirilir. Su moleküllerinin grafit zardan poliamidden daha kolay geçtiği kanıtlanmıştır. Bu hipotezin henüz test edilmemesine rağmen, bu malzemenin su moleküllerine karşı daha az direnç göstermesi nedeniyle enerji taleplerini daha da azaltabileceği sonucuna varılmıştır. Ek olarak, grafen oksitin maliyeti poliamidin fiyatından çok farklı değildir.

İsrail'de tuzdan arındırma uygulaması

Birkaç yıl önce İsrail, son 900 yılın en kötüsü olan ciddi bir kuraklık sorunuyla uğraşırken bulundu. Daha kuru topraklarla mücadele etmek için İsrail, suyun korunmasını sağlamak için ulusal kampanyayı araştırdı. 2007 yılında, düşük akışlı tuvaletler ve duş başlıkları kullanılmaya başlandı ve drenaj sistemlerinden gelen su, sulama için geri dönüştürüldü. Ancak, en büyük gelişme tuzdan arındırma tesislerinin uygulanmasından sonra geldi. Örnek olarak, Sorek tuzdan arındırma tesisi Ekim 2013'te faaliyete başlamıştır. Tel Aviv'in on mil güneyinde yer alır ve dünyanın en büyük ters ozmoz tuzdan arındırma tesisidir.

Basınçlı su akışının ardından, tuzdan arındırma işleminde yaygın bir sorun, tıkanmış gözeneklerin geride kalan moleküllerden temizleme maliyetidir. İsrail Zuckerberg Su Araştırma Enstitüsü'nden Edo Bar-Zeev ve meslektaşları, su ve kirleticiler arasındaki ayrımı iyileştirmek için dikkate değer bir keşif yaptılar. Mikroorganizmaların zarlarla temasını engelleyen gözenekli lav taşını kullanıma sunmuşlardır. Bu teknoloji, tuzdan arındırma tesislerinin performansını iyileştirdi. Şimdi, evsel suyun yüzde 55'i kaynaklarını tuzdan arındırma tesislerinden alıyor.

Alüminyum diskler – gelişmekte olan ülkelere tedarik

Daha fazla araştırma, membran olarak karbon nanotüpler gibi alternatif malzemelere yöneliyor. Bu tür bulguları entegre etmenin altında yatan konu maliyettir. Bu tür süreçlerin uygulanması küresel düzeyde değerlendirilmelidir. Dünyada daha az gelişmiş olan ve diğer alanlara katılmak için tuzdan arındırma tesisleri geliştirmek için kaynaklara sahip olmayan kırsal alanlar vardır.

Çin'deki Nanjing Üniversitesi'nden Jia Zhu ve meslektaşları, böyle bir zorluğa karşı koymak için güneş gibi alternatif enerji kaynakları üzerinde çalıştılar. Yine de tek başına güneşten doğrudan temasa bağlı olarak sınırlayıcıdır. Araştırma, güneş ışığından gelen enerji miktarını artırmak için emilebilir malzemelerin kullanımını araştırıyor. Olası bir çözüm, güneş ışığının yüzde 96'sından fazlasını emen ve yüzde 90'ı su buharı oluşturmak için kullanılan alüminyum disklerin kullanılmasıdır. İçme standartları da bu şekilde karşılanmaktadır. Uygulanırsa alüminyum düşük maliyetli bir malzemedir ve tuzdan arındırma tesisleriyle aynı oranda su üretebilir. Ancak buharlaştıktan sonra saf damıtılmış su nedeniyle magnezyum ve kalsiyum gibi minerallerin olmaması bir sonuçtur. Bu nedenle, bu geçici bir çözüm olarak hizmet eder ancak uzun vadede kullanılmamalıdır.