Yazan: Jennifer Chu
Çeviren: İrem Demirci
Düzenleyen: Ümit Sözbilir
Özet:
MIT’de çalışan mühendisler çöl gibi koşullarda bile düşük bağıl neme sahip ortamlarda bile havadaki nemi tutabilen hidrojeller oluşturdular. Bu hidrojellerin lityum klorür isimli tuzun eklenmesiyle soğurma yetenekleri artmıştır.
Giriş
MIT’de çalışan mühendisler çöl gibi koşullarda bile havadaki nemi emen süper emici1 bir malzeme ürettiler. Malzeme su buharını emerek kabarmasıyla odayı daha nemli hâle getirebilir. %30 bağıl neme sahip çok kurak şartlarda bile malzeme havadaki buharını çekip nemi herhangi bir sızdırma olmadan tutabilir. Bu tutulan su ısıtılıp veya sıkıştırıldıktan sonra aşırı saf su elde edilebilir. Malzeme bebek bezlerinde de kullanılan saydam ve lastik gibi olan doğal soğurucu hidrojelden yapıldı.
Araştırmacılar hidrojelin soğurma yeteneğini, kurutma gücü yüksek bir tuz olan lityum klorür ile ekleyerek arttırdı ve hidrojelin önceki çalışmalara kıyasla daha fazla tuz içerebileceğini gördüler. Ayrıca diğer malzemeleri tasarlarken engel yaratan çok kurak koşullar da dâhil olmak üzere çeşitli nem seviyelerinde tuz içeren jel örneklerinin benzeri görülmemiş miktarda nemi soğurabildiğini ve muhafaza edebildiğini gördüler. Eğer üretimi hızlı ve büyük ölçüde yapılabilirse süper emici jel edilgen olarak su toplayıcı olarak kullanılabilir. Çölde ve kuraklığa meyilli bölgelerde bile bu malzeme sürekli olarak havayı soğurabilir ve bu havayı yoğunlaştırarak içme suyu elde edilebilir. Araştırmacılar aynı zamanda bu malzemenin nem giderici olarak havalandırma ünitelerinde enerji tasarrufu için kullanılabileceğini düşünüyor.
Makine mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve MIT’de Cihaz Araştırma Laboratuvarı üyesi Carlos Díaz-Marin şunları söyledi: “Çoğunlukla malzemenin temel özelliklerine odaklanmıştık ama şu an havalandırmayı daha etkin hâle getirme ve nasıl suyu toplayabileceğimiz gibi farklı problemler üzerine çalışıyoruz. Bu malzemenin düşük bütçeli olması ve yüksek performansa sahip olması gibi nedenlerden dolayı büyük bir potansiyeli var.”
Hem Nemi Tutabilir Hem de Su Olarak Depo Edebilir!
MIT’in Cihaz Araştırma Laborutavarındaki araştırmacılar dünyanın enerji ve su sorunlarını çözmek için özgün malzemeler tasarlıyorlar. Hidrojeller üzerine odaklanmış grup büyük oranda su ile bir kısmı çapraz bağlı polimerden oluşan kaygan ve esnek jel gibi özelliklere sahip havadan suyu toplamaya yardımcı malzemeler arıyorlar. Hidrojeller yıllardır su ile temas edince büyük miktarda suyu çekip şişmesi gibi özellikleriyle bebek bezlerinde soğurucu madde olarak kullanılıyor. Díaz-Marin şöyle söylüyor: “Kendimize şunu sorduk: Bu malzemeyi aynı şekilde havadaki buharı soğurması için nasıl kullanabiliriz?”. Díaz-Marin ve çalışma arkadaşları birçok farklı kaynağı tarayarak başkalarının hidrojeller ile belirli tuzları karıştırarak çeşitli deneyler yaptığını gördü. Bu belirli tuzlardan buzu eritmek için kullanılan kaya tuzları, su buharı dâhil olmak üzere nemi soğurmakta çok etkin. Kendi kütlesinin 10 katı nemi soğurma yeteneğine sahip lityum klorür en iyilerinden biri olmaktadır. Bir miktar lityum klorür bırakıldığı ortamdaki havanın nemini çekebilir ancak nem sadece tuzun etrafında birikecektir, bu şekilde su soğurmak anlamsız olur.
Üretim Safhası
Araştırmacılar hidrojele tuz ekleyerek hem nemi tutabilecek hem de daha fazla suyu temin edebilmek için şişecek bir malzeme ürettiler. Berlin’deki Humboldt Üniversitesinde başaraştırmacılardan biri olan Greaber şöyle söyledi: “Malzeme için bu iki aranan özelliği de barındırıyor. Hidrojel oldukça fazla suyu depo edebilirken tuz da nemi büyük ölçüde tutabilir. Bu nedenle ikisini birleştirmek oldukça mantıklı bir durumdur.” Ancak MIT’deki grup, diğer araştırmacılardan jele ekleyebilecekleri tuzun bir sınıra ulaştığını gördüler. 1 gram polimere karşılık 4-6 gram tuzun hidrojeller için en iyi sonucu verdiğini buldular. Bu örnekler %30 bağıl nemlik kurak ortamlarda gram başına 1,5 gram buhar soğurdu.
Çoğu çalışmada, araştırmacılar tuzun jel içine nüfuz etmesi için hidrojelleri tuzlu suya daldırıp bekleyerek hazırlamışlardı. Bu şekilde deneylerin hem 24-28 saat sürmesini yavaş buldular hem de bu süreye rağmen jellerde yeteri kadar tuz birikmiyordu.
Malzemenin suyu soğurma yeteneğini ölçmek için bu sefer malzemeyi çok kısa bir süre için tuzlu karışıma batırdılar ve daha az tuz içerdiğinden dolayı çok daha az su soğurmuş oldu. Malzemenin bu şekilde üretimi günler hatta haftalar boyunca sürse ne olur? Hidrojeller daha fazla süre içinde daha fazla tuzu soğurabilir mi? Bunun cevabı için MIT’deki araştırma grubu poliakrilamid (yaygın bir jel) ve lityum klorür (süperemici bir jel) ile deneyler yaptılar. Standart karıştırma yöntemleriyle hidrojel tüpleri sentezledikten sonra araştırmacılar tüpleri ince diskler hâlinde dilimledi ve her diski farklı bir tuz konsantrasyonuna sahip bir lityum klorür çözeltisine bıraktı.
Sonunda, gerçekten de daha fazla zaman verildiğinde hidrojellerin daha fazla tuzu çektiklerini gördüler. Tuzlu çözeltide 30 gün bekletildikten sonra hidrojeller, bir önceki rekor olan gram polimer başına 6 gram tuza karşılık 24 gram tuzu çektiler. Grup tuz içeren jel örneklerinin farklı nem koşullarında nasıl soğurabildiğini görmek için testler uyguladılar. Bu örneklerin şişip bütün nem koşullarında sızıntı yapmadan soğurma yapabildiğini gördüler. %30 bağıl nemli kurak ortamlarda jellerin gram malzeme başına 1,79 gram su soğurarak rekor bir değere ulaştığını budular.
Malzemenin süperemici özelliklerini hızlandırmak isteyen Diaz-Marin şöyle söyledi: “Çöller geceleri düşük bağıl neme sahiptir bu nedenle bu malzemenin çölde su üretmesi muhtemel.” Graeber ise şunları söyledi: “En beklenmedik şey bu basit yöntemle bu zamana kadar kaydedilmiş en yüksek buhar emilimini elde etmemiz oldu. Şimdi devinim ve suyu daha hızlı nasıl alabileceğimiz üzerine odaklandık. Bu malzemenin daha hızlı devir yapmasını sağlayacak. Günde sadece 1 kere su toplamak yerine bu şekilde belki günde 24 kere su toplayabileceksiniz.”
