Birleşmiş Milletler'e göre, 2,2 milyar insan hâlâ güvenli içme suyuna erişemiyor - bu da pek çok kişinin bir yudum su için kilometrelerce yürüdüğü ya da şişelenmiş suya servet ödediği anlamına geliyor. Talebi karşılamak için Kaliforniya'dan Orta Doğu'nun bazı bölgelerine kadar birçok yer, deniz suyunu tatlı suya dönüştüren tuzdan arındırma tesislerine yöneldi, ancak bu süreç pahalı, enerji açgözlüsü ve okyanusa geri boşaltıldığında tuzluluğu artırıp oksijeni emerek deniz ekosistemlerini mahveden büyük miktarlarda konsantre tuzlu su atığı üretiyor. Sanki bir sorunu çözerken bir başkasını yaratmak, ama daha tuzlusu.
Rochester Üniversitesi'nden optik ve fizik profesörü Chunlei Guo liderliğindeki araştırmacılar, bu sıkıntıların çoğunu bertaraf eden güneş enerjili bir tuzdan arındırma sistemi geliştirdi. Light: Science & Applications dergisinde açıklanan yaklaşımları, verimli bir şekilde tatlı su üretiyor, kimyasal ön arıtma gerektirmiyor ve - kritik olarak - tuzlu su atığı oluşturmuyor. Bunun yerine, çözünmüş tuzların neredeyse tamamını katı formda geri kazanıyor ki bu, bilimin deniz suyuna sahip olup onu içmeye en yaklaştığı nokta.
Sistem, femtosaniye lazerlerle işlenmiş siyah metalden yapılmış güneş panellerine dayanıyor. Bu işlem yüzeye iki süper güç kazandırıyor: gelen güneş ışığının neredeyse tamamını emiyor ve süper emici hale geliyor - yani suyu, susuz kalmış bir maraton koşucusu kadar seviyor. Lazerle desenlenmiş aktif bölge, panel boyunca ince bir deniz suyu tabakası çekiyor. Güneş ışığı suyu buharlaştırıyor, damıtılarak tatlı suya dönüşüyor, çözünmüş tuzlar ve mineraller ise işlenmemiş pasif bölgelere yönlendirilerek, daha düşük tuzdan arındırma teknolojilerini tıkayan birikimin önüne geçiyor.
Guo, birçok güneş enerjili termal tuzdan arındırma sisteminin, sadece su ve sodyum klorürden oluşan basitleştirilmiş deniz suyuyla laboratuvar testlerinde iyi çalıştığını belirtiyor. Ancak gerçek okyanuslar, kristalleştiklerinde sert, yoğun kabuklar oluşturan magnezyum ve kalsiyum içerir - tıpkı çaydanlıktaki mineral tortusu gibi, ancak deniz suyu çok daha konsantredir. Bunun üstesinden gelmek için ekip, siyah metal yüzeyde, tuzların birikmeden önce aktif bölgeden uzaklaşmasını teşvik eden mikroskobik oluklar tasarladı; bu, kahve halkası etkisinden yararlanıyor - bir dökülmeden sonra masanızda o sinir bozucu kahverengi halkayı bırakan aynı fenomen. "Bir yüzeye kahve damlatırsanız, sonunda su buharlaşır ve dış kenarda bir halka kalır," diye açıklıyor Guo. "Aynı prensibi tuzları pasif bölgeye ilerletmek için kullanıyoruz."
Pasifik, Atlantik ve Hint Okyanuslarından alınan suyla test edildiğinde, yüzey kendini sürekli temizledi, tatlı su çıkarırken tuzları performans kaybı olmadan toplanabilecekleri pasif alanlara yönlendirdi. En büyük avantajlardan biri: geri kazanılan katılar, EV bataryalarında önemli bir bileşen olan lityum gibi değerli mineraller verebilir. Journal of Materials Chemistry A'da yayınlanan ilgili bir çalışmada, Guo ve meslektaşları, metalin oluklarına hidrojen titanat nanopartikülleri yerleştirerek lityumu diğer tuzlardan seçici olarak ayırdı. Utah'taki Büyük Tuz Gölü'nden alınan suyu kullanarak, kalan tuzlardaki lityumun yaklaşık yüzde 50'sini geri kazandılar. "Lityumu topraktan çıkarmak enerji ve çevre açısından çok zahmetli oldu," diyor Guo, "bu nedenle lityumu doğrudan tuzlu sudan çekmek gelecekte çok önemli bir yol olabilir."
Teknoloji hâlâ konsept kanıtı aşamasında, ancak Guo, önemli ölçüde ölçeklenebileceğine, potansiyel olarak temiz içme suyuna erişimi artırırken kritik mineraller için daha sürdürülebilir kaynaklar yaratabileceğine inanıyor. Araştırma, Ulusal Bilim Vakfı, Bill & Melinda Gates Vakfı ve Dünya Çapında Üniversiteler Ağı tarafından desteklendi. Ek katkıda bulunanlar arasında Kıdemli Bilim İnsanı Subash Singh, mezun Ran Wei '24, doktora öğrencileri Luheng Tang ve Tainshu Xu ve Optik Enstitüsü'nden Mingjiang Ma yer aldı.