Uluslararası bir mühendis ekibi, dünyanın en uzak, kurak bölgelerinde içilebilir suya erişimi geliştirebilecek bir atmosferik su hasat cihazı oluşturmak için 2025 Gizmodo Bilim Fuarı’nın galibidir.
Soru
Yeryüzündeki en kurak yerlerde bile suyu ince havadan çıkarabilir miyiz?
Sonuçlar
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) Makine Mühendisliği ve Sivil ve Çevre Mühendisliği Profesörü Xuanhe Zhao liderliğindeki mühendisler, son derece kaynak sınırlı koşullarda temiz içme suyu üreten atmosferik bir su hasat “penceresi” (awhw) yarattı. Kompakt, tamamen kendi kendine sürdürülebilir ve sadece bir giriş gerektirir: güneş ışığı.
Zhao, Gizmodo’ya “Dünya için zor sorunları çözmek için yumuşak malzemeler icat ediyorum” dedi.
AWHW’nin çekirdek su hasat bileşeni bir hidrojeldir. Bu malzeme hidrofilik bir polimer ağından yapılır ve havadan suyu kolayca emen higroskopik tuzlarla zenginleştirilir. Biraz siyah kabarcık sargısı gibi görünüyor, doygun olduğunda şişen küçük kubbeli yapılarla, daha sonra kuruduklarında geri çekiliyor. Zhao, origami’den esinlenen şişlik parlayan dönüşümün malzemenin verimliliğini en üst düzeye çıkardığını söyledi.
Bir sonraki adım, hidrojel tarafından toplanan suyu yakalayan bir oda tasarlamaktı. Başlangıçta piramit şeklindeki bir oda inşa etmeye çalıştılar, ancak bu, cihaz için büyük bir ayak izi ile sonuçlandı ve verimliliği feda etti. Zhao ekibine sordu, mümkün olan en basit tasarım nasıl olurdu?
Mühendisler nihayetinde hidrojel, siyah, pencere boyutlu bir dikey panel oluşturmak için bir soğutma tabakası ile kaplanmış iki cam tabaka arasında sandviçledi. Bu panel gece boyunca dışarıya yerleştirildiğinde, hidrojel sıcaklık düştükçe ve nem arttıkça su buharını emer. Gün boyunca, güneş ışığı jeli ısıtır ve yakalanan suyun buharlaşmasına, camın üzerine yoğunlaşmasına ve daha sonra panellerden ve toplama için bir tüpten damlamasına neden olur.
“Bu pencere benzeri tasarım çok etkili olduğu ortaya çıkıyor,” dedi Zhao.
Ekip, atmosferik su hasat penceresini (awhw) bir hafta boyunca Kuzey Amerika’nın en kurak bölgesi olan Loss of life Valley’de check etti. Dergide yayınlanan sonuçlar Doğa suyu Haziran ayında, bu cihazın son derece düşük nemlilik koşullarında bile etkili olduğunu gösterdi. % 21 ila 88 arasında değişen nem seviyelerinde çalıştı ve günde bir fincanın üçte ikisine (160 mililitre) kadar su üretti. Dahası, bu su hemen içmeye hazırdı.
Ölüm Valley çalışmasının ilk yazarı ve eski MIT postdoc’un yazarı Chang Liu, Gizmodo’ya “Buna çok şaşırdık” dedi. “Bu kadar düşük bağıl nemde oldukça iyi çalışıyor.” Bu check ayrıca ekibin dikey konfigürasyonunun verimliliğinin merkezinde olduğunu ve hidrojel panelinin her iki taraftan su hasat etmesine izin verdiğini gösterdi.
Zhao, “Bu çalışma ve en çok güvenli içme suyuna ihtiyaç duyan insanlara yardım etme potansiyeli konusunda gerçekten gurur duyuyoruz ve heyecanlıyız” dedi.
Neden yaptılar
Dünyadaki 2 milyardan fazla insanın temiz içme suyuna erişimi yok, Dünya Sağlık Örgütü ve Birleşmiş Milletler Çocuk Fonu. Uzmanlar, bu rakamın nüfus artışı, ekonomik kalkınma, zayıf kaynak yönetimi ve iklim değişikliğinin Dünya’nın tatlı su kaynağını tahliye ettikçe artmasını bekliyor.
Zhao, kaynak sınırlı rejimlerde yaşayan insanlar için güvenli, yönetilebilir içme suyu sağlamanın bir yolunu geliştirmek “dünya için büyük bir zorluk” dedi. Su kıtlığı yaşayan çoğu insan, nehirler, akiferler ve göller gibi karasal kaynaklara erişimden yoksundur, ancak dünyada her yerde bulunan geniş bir tatlı su rezervi vardır: atmosfer.
Zhao, “Havada tüm dünyadaki nehirlerden yedi kat daha fazla tatlı su var” dedi. Atmosferdeki milyonlarca milyar galon su buharının küçük bir kısmını bile kullanmak, temiz suya erişimi geliştirmek için uzun bir yol kat edecektir. Zhao, kırsal, su stresli alanlarda yaşayan birçok insanın güvenilir elektrik ve teknik ekipman bakımı için gerekli kaynaklardan yoksun olduğunu açıkladı. Bu boşlukların üstesinden gelmek için, atmosferik bir su hasat sisteminin basit, kendi kendini sürdüren ve sağlam olması gerekir.
Liu, hidrojel bazlı AWHW, çevreye pasif olarak yanıt veriyor, elektrik gerekmez. Bu, ızgara dışı su güvenliğini arttırmak için özellikle uygun olduğunu söyledi.
Zhao, “Bu tesisi bu rejimlere yerleştirirseniz, insanlara hayat kurtaran içme suyu sağlayabilirsiniz” dedi.
Neden kazananlar
Bu, atmosferik bir su hasat cihazı geliştirmek için çalışan tek ekip değil. Diğer tasarımların etkili olduğu kanıtlanmış olsa da, AWHW bunları çeşitli temel şekillerde geliştirir.
Steel-organik çerçevelerden (MOF) yapılan tasarımlar, şimdiye kadarki en verimli olanlardan bazıları olarak ortaya çıkmıştır. Bu extremely gözenekli malzemeler suyu hızlı bir şekilde emer ve nem seviyelerindepercent14 gibi düşük etkilidir, ancak çok uygun maliyetli değiller. Dahası, MOF’lar suyu emerken şişmez veya germez, buhar taşıma kapasitelerini sınırlar. Öte yandan hidrojeller, su moleküllerini malzemelerinin hacmine emerek daha fazla su tutmalarına izin verir. Ek olarak, mikro ve nanopor ağları su emilimini ve salınımını hızlandırır.
Bununla birlikte, tüm hidrojeller eşit yaratılmaz. MIT’ler de dahil olmak üzere birçok tasarım, su emici yeteneklerini geliştirmek için tuzlarla zenginleştirilmiş hidrojelleri kullanır. Bu genellikle hasat edilen suyu kirleten tuz sızıntısına yol açar. AWHW, hidrojele glikol ekleyerek bu sorunun üstesinden gelir. Bu sıvı bileşik, kristalleşmesini ve suya sızmasını önlemek için tuzu doğal olarak stabilize eder. Daha fazla koruma için hidrojeli, nano ölçekli gözeneklerden yoksun bir mikroyapı içerir ve tuz sızıntısını daha da önler. Bu nedenle, AWHW tarafından üretilen sudaki tuz seviyeleri, diğer hidrojel bazlı tasarımlardan önemli ölçüde daha düşüktür.
“Daha fazla saflaştırmadan doğrudan içilebilir,” dedi Zhao.
Sırada ne var
Loss of life Valley testi AWHW’nin son derece kurak koşullarda iyi çalıştığını gösterse de, Zhao ve ekibi hala cihazın verimliliğini artırmak için çalışıyor. Nihai hedefleri, çöl iklimlerinde bile tüm hane halklarına tedarik etmek için yeterli su üretmektir. Bu amaçla, su yakalamasını daha da arttırmak için birlikte çalışan çoklu panel dizileri geliştiriyorlar.
Ekip, cihazı Mohammed VI Politeknik Üniversitesi’nde sürdürülebilir malzeme araştırma merkezini yönettiği işbirlikçisi Youssef Habibi’nin yönettiği Fas da dahil olmak üzere diğer yerlerde cihazı check etmeyi planlıyor. Şimdi Singapur Ulusal Üniversitesi Makine Mühendisliği Yardımcı Doçenti olan Liu, AWHW’yi Singapur’un nemli, tropikal ikliminde check etmeyi umuyor. Bundan sonra, sonraki adımlar üretimi ölçeklendiriyor, bu teknolojiyi insanlar için uygun fiyatlı hale getiriyor ve kelimeyi çıkarıyor.
Takım
Xuanhe Zhao liderliğindeki MIT ekibi de “Will” Chang Liu, Xiao-Yun Yan, Shucong Li ve Bolei Deng’ten oluşuyordu. MIT’ye bağlı olmayan katkıda bulunanlar arasında Hong Kong Üniversitesi Nicholas X. Fang, Singapur Üniversitesi’nden Hongshi Zhang, Fas’taki Mohammed VI Politeknik Üniversitesi Youssef Habibi ve Hong Kong Çin Üniversitesi’nden Shih-Chi Chen.
Tıklamak Burada 2025 Gizmodo Bilim Fuarı’nın tüm kazananlarını görmek için.
