Dünya genelinde milyarlarca insan hâlâ güvenilir içme suyuna erişemiyor. Birleşmiş Milletler'in tahminlerine göre 2,2 milyar insan güvenli bir şekilde yönetilen içme suyundan yoksun; Kaliforniya'dan Orta Doğu'ya kadar pek çok bölge ise deniz suyunu tatlı suya dönüştürmek için giderek artan biçimde tuzdan arındırma tesislerine bel bağlıyor. Yani, bilirsiniz, hiç baskı yok.

Tuzdan arındırma kritik bir su kaynağı sağlayabilir, ancak bugünün en yaygın yöntemleri önemli dezavantajlarla birlikte geliyor. Ters ozmoz, tuzu uzaklaştırmak için suyu özel membranlardan geçmeye zorlarken, termal damıtma tatlı suyu deniz suyundan ayırmak için ısı kullanıyor. Her iki yaklaşım da büyük miktarda enerji tüketebiliyor, çoğu zaman işlem öncesi ve sonrasında su arıtımı gerektiriyor ve tuzlu su olarak bilinen son derece konsantre bir tuzlu atık üretiyor. Bu tuzlu su okyanusa geri boşaltıldığında, yerel tuzluluğu artırabiliyor ve oksijen seviyelerini düşürebiliyor; bu da deniz canlıları için zararlı koşullar yaratıyor. Kısacası: içme suyunu biz alıyoruz, balıklar ise düşmanca bir çalışma ortamıyla kalıyor.

Rochester Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bu sorunların birçoğunu aynı anda ele almaya yardımcı olabilecek farklı bir yaklaşım geliştirdi. URochester'ın Optik Enstitüsü'ndeki bilim insanları, sıvı tuzlu su üretmeden veya gelen suyu ön işleme tabi tutmak için kimyasal katkı maddeleri gerektirmeden verimli bir şekilde tatlı su üretmek üzere tasarlanmış bir güneş enerjili termal tuzdan arındırma sistemi oluşturdu. Yöntem, Light: Science & Applications dergisinde yayımlanan bir makalede açıklanıyor. Araştırmaya, optik ve fizik profesörü ve URochester'ın Lazer Enerjisi Laboratuvarı'nda kıdemli bilim insanı olan Chunlei Guo liderlik etti.

Teknolojinin merkezinde, femtosaniye lazerlerle işlenmiş siyah metalden yapılmış güneş panelleri yer alıyor. Bir femtosaniye, olağanüstü kısa bir zaman birimidir; saniyenin katrilyonda birine eşittir. Bu ultra hızlı lazerlerden çıkan darbeler, bir malzemenin yüzeyini hassas bir şekilde değiştirerek, ışık ve suyla etkileşimini çarpıcı biçimde değiştiren mikroskobik yapılar oluşturabilir. Lazer işlemi, metali güneş ışığını absorbe etmede son derece etkili hale getirir ve ayrıca ona süper emici özellikler kazandırır; yani su, damlacıklar halinde toplanmak yerine yüzey boyunca hızla yayılır.

Her panel, yüzeyi boyunca çok ince bir deniz suyu tabakası çeken lazerle işlenmiş bir aktif bölge içeriyor. Koyu metal, gelen güneş radyasyonunun neredeyse tamamını absorbe ederek suyu ısıtıyor ve buharlaşmasına neden oluyor. Bu buharlaşma, tuzları ve diğer çözünmüş mineralleri geride bırakıyor. Panel, bu malzemelerin buharlaşmanın gerçekleştiği yerde birikmesine izin vermek yerine, onları kenarları boyunca pasif bölge olarak bilinen işlenmemiş alanlara yönlendiriyor. Bu hareket önemli çünkü tuz birikimi, güneş enerjili tuzdan arındırma sistemlerinin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri. Mineraller aktif yüzey boyunca sert bir tabaka oluşturursa, su hareketini engelleyebilir ve sonunda sistemin çalışmasını durdurabilir.

Guo, önceki güneş enerjili termal tuzdan arındırma sistemlerinin laboratuvar deneylerinde genellikle su ve sodyum klorürden yapılmış basitleştirilmiş yapay deniz suyu kullanılarak iyi performans gösterdiğini söylüyor. Su buharlaşırken sodyum klorür kristalleştiğinde, nispeten taneli ve gözenekli bir yapı oluşturma eğilimindedir. Su bu kristallerin içinden geçmeye devam edebilir, biriken tuzun çözünmesine yardımcı olur ve yüzeyin temizlenmesini kolaylaştırır. Ancak gerçek deniz suyu bambaşka bir canavar. Sodyum klorüre ek olarak magnezyum, kalsiyum ve daha birçok çözünmüş madde içerir. Bu bileşiklerden bazıları, çok daha az gözenekli, sert ve yoğun tortular halinde kristalleşebilir. Bu, bir duş başlığının veya çaydanlığın içinde yavaş yavaş biriken mineral tortusuna benzer. Ancak bir tuzdan arındırma sisteminde zorluk çok daha büyüktür çünkü deniz suyu, sıradan musluk suyundan yüzlerce kat daha fazla çözünmüş tuz içerir. Bu tortular biriktikçe, su artık yüzey boyunca serbestçe akamaz, verimlilik düşer ve sonunda sistem tıkanır.

Bu sorunun üstesinden gelmek için Guo'nun ekibi, mikroyapıları dikkatlice tasarladı