Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) mühendisleri, çöl benzeri koşullarda bile havadan rekor miktarda nemi emebilen süper emici bir malzeme üretti.
Malzeme su buharını emdikçe daha fazla neme yer sağlamak için şişebiliyor. Yüzde 30 bağıl nem bulunan aşırı kurak koşullarda dahi, malzeme havadan buhar çekebiliyor ve herhangi bir sızıntı yaşanmaksızın nemi içinde tutabiliyor. Bu su daha sonra ısıtılarak yoğunlaştırılabiliyor, ardından da aşırı saf su halinde toplanabiliyor.
Bu şeffaf ve elastik malzeme, tek kullanımlık çocuk bezlerinde de kullanılan doğal emici bir malzeme olan ‘hidrojelden’ üretildi. Araştırma ekibi, hidrojelin emiciliğini, güçlü bir kurutucu olduğu bilinen bir tuz türü olan lityum klorür ile destekleyerek daha da geliştirdi.
Araştırmacılar, yeni deneyde malzemeyi daha önceki denemelerde mümkün olandan daha fazla tuzla doldurabileceklerini gördü. Netice itibariyle, tuz dolu jelin, öteki malzeme tasarımlarını sınırlayan aşırı kurak koşullar da dahil olmak üzere, bir grup nem düzeyinde eşsiz miktarda nemi soğurduğunu ve koruduğunu gözlemledi.
Süper emici jel, şayet süratli ve büyük ölçeklerde üretilebilirse, çöl ve kuraklığa eğilimli bölgelerde pasif bir su toplayıcı olarak, özellikle de malzemenin kesintisiz biçimde buharı soğurabildiği ve ardından içme suyuna yoğunlaştırabildiği bir su hasat makinesi olarak kullanılabilir. Araştırmacılar, bununla birlikte malzemenin enerji tasarrufu sağlayan bir nem toplama ekipmanı olarak havalandırma cihazlarına eklenebileceğini de tahmin ediyor.
Makine mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve MIT’ye bağlı Cihaz Araştırma Laboratuvarı’nın üyesi olan Carlos Díaz-Marin, konuya ilişkin değerlendirmesinde, “Genel olarak, malzemenin temel özelliklerine odaklanmak anlamında, uygulamaya karşı şüpheci yaklaştık. Bununla birlikte, artık havalandırmanın nasıl daha verimli bir hale getirileceği ve suyun nasıl hasat edilebileceği gibi pek çok sorunu araştırıyoruz. Bu malzeme, düşük maliyeti ve yüksek performansı sebebiyle çok fazla potansiyel barındırıyor” ifadelerini kullandı.
Makine mühendisliği yüksek lisans öğrencisi ve MIT’ye bağlı Cihaz Araştırma Laboratuvarı’nın üyesi olan Carlos Díaz-Marin, konuya ilişkin değerlendirmesinde, “Genel olarak, malzemenin temel özelliklerine odaklanmak anlamında, uygulamaya karşı şüpheci yaklaştık. Bununla birlikte, artık havalandırmanın nasıl daha verimli bir hale getirileceği ve suyun nasıl hasat edilebileceği gibi pek çok sorunu araştırıyoruz. Bu malzeme, düşük maliyeti ve yüksek performansı sebebiyle çok fazla potansiyel barındırıyor” ifadelerini kullandı.
Araştırmacılar, MIT’ye bağlı Cihaz Araştırma Laboratuvarı’nda, dünyadaki enerji ve su sorunlarına çözüm üretmek doğrultusunda yeni malzemeler tasarlıyor. Araştırma ekibi, havadan su toplamaya yardım edebilecek malzemeler araştırırken, genellikle sudan ve bir miktar çapraz bağlı polimerden üretilen kaygan ve esnek jeller olan hidrojeller üzerinde yoğunlaştı. Hidrojeller yıllardan beridir malzemeyle temas ettiğinde şişebildiği ve aşırı miktarda suyu emebildiği için çocuk bezlerinde emici malzeme olarak kullanılıyor.
“Yanıtlanması gereken soru şuydu: Havadaki buharı emmek için bunu nasıl bu denli iyi bir düzeye çıkarabiliriz?” diyen Díaz-Marin ve meslektaşları, literatürü gözden geçirdi ve başka ekiplerin hidrojelleri çeşitli tuzlarla karıştırmayı denediklerini gördü. Buzu eritmek amacıyla kullanılan kaya tuzu gibi bazı tuzlar, su buharı da dahil olmak üzere nemi emme konusunda fazlasıyla etkili. Bunların arasında en başarılı olanı ise kendi kütlesinin 10 katından daha çok nemi emebilen bir tuz türü olan lityum klorür. Bir yığın kendi haline bırakılan lityum klorür havadaki buharı çekebilir; ne var ki emilen suyu tutmanın hiçbir yolu olmadığında nem sadece tuzun çevresinde birikir.
Kısacası, araştırmacılar tuzu hidrojele eklemeye çalıştı ve hem nemi tutabilen hem de daha fazla suya yer açmak için şişebilen bir malzeme üretti. Şu anda Berlin’deki Humboldt Üniversitesi’nde baş araştırmacı olan Graeber, “Her iki alanda da en iyisi bu” dedi ve ekledi: “Hidrojel aşırı miktarda suyu depolayabilir ve tuz çok fazla nemi hapsedebilir. Bu durumda, ikisini birleştirme isteğiniz sezgisel bir yaklaşımdır.”
Diğer yandan, MIT ekibi, öteki ekiplerin jele doldurabildikleri tuz miktarında bir sınıra ulaştıklarını keşfetti. Şu ana kadar en iyi performansı gösteren örnekler, gram polimer başına 4 ile 6 gram tuzla desteklenen hidrojellerdi. Bu örnekler, yüzde 30 bağıl nem içeren kurak koşullarda, malzemenin gramı başına yaklaşık 1,5 gram nem emdi.
Araştırmacılar, pek çok denemede, önce hidrojelleri tuzlu suya batırarak ve tuzun jellerce emilmesini bekleyerek örnekleri sentezlemişlerdi. Deneylerin büyük kısmı 24 ile 48 saat sonra sona erdi; zira araştırmacılar sürecin çok ağır yürüdüğünü ve jellerde çok fazla tuz kalmadığını gördü. Elde edilen malzemenin su buharını soğurma becerisini testten geçirdiklerinde ise örnekler ilk aşamada nemi emmesi için yetersiz miktarda tuz barındırdıkları için çok az ıslandı.
Araştırmacılar, pek çok denemede, önce hidrojelleri tuzlu suya batırarak ve tuzun jellerce emilmesini bekleyerek örnekleri sentezlemişlerdi. Deneylerin büyük kısmı 24 ile 48 saat sonra sona erdi; zira araştırmacılar sürecin çok ağır yürüdüğünü ve jellerde çok fazla tuz kalmadığını gördü. Elde edilen malzemenin su buharını soğurma becerisini testten geçirdiklerinde ise örnekler ilk aşamada nemi emmesi için yetersiz miktarda tuz barındırdıkları için çok az ıslandı.
Neticede, daha fazla zaman tanındığında hidrojellerin daha fazla tuzu içine çektiğini keşfettiler. Tuzlu çözeltide 30 gün bekletilen hidrojeller, önceki 6 gramlık tuz miktarına kıyasla gram polimer başına 24 grama kadar tuz içeriyordu.
Bunun ardından ekip, çeşitli nem koşullarında, emilim testleri aracılığıyla çeşitli tuz yüklü jel örneklerini gözden geçirdi. Numunelerin sızıntı olmaksızın bütün nem düzeylerinde şişebildiğini ve daha fazla nem emebildiğini keşfettiler. Her şeyden önemlisi, ekip yüzde 30 bağıl nemin bulunduğu aşırı kuru koşullarda, jellerin gram malzeme başına 1,79 gram gibi ‘rekor düzeyde’ suyu tutabildiğini belirtti.
Şu anda malzemenin süper emici özelliklerine sürat kazandırmak için bir yol arayan Díaz-Marin, “Çöllerde geceleri aşırı derecede düşük bağıl nem olsa da bu malzeme çölde su üretebilir” dedi.
“Beklenmedik büyük sürpriz, böylesine basit bir yaklaşımla bugüne dek açıklanan en yüksek buhar emilimine ulaşabilmemiz oldu” ifadelerini kullanan Díaz-Marin, “Bundan sonra ana odak noktası, kinetiğin ve malzemenin su toplayışının çok daha hızlı gerçekleşmesini sağlayabilmek olacak. Bu ilerleme, malzemeyi çok süratli biçimde döngüye sokmanıza imkân tanıyacak ve bu sayede günde bir kez su toplamak yerine, günde belki 24 kez su toplayabileceksiniz” bilgisini paylaştı.
Araştırma, ABD Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi ile İsviçre Ulusal Bilim Vakfı tarafından ortaklaşa desteklendi.
