Gizmodo Bilim Fuarı: Çölde Havadan İçme Suyu Elde Eden ‘Pencere’

Uluslararası bir mühendis ekibi, 2025 Gizmodo Bilim Fuarı’nda en uzak ve kurak bölgelerde içilebilir suya erişimi artırabilecek atmosferik su hasat cihazı geliştirmeleri sayesinde birinciliği kazandı.

Soru

Dünyanın en kurak yerlerinde bile havadan su elde edebilir miyiz?

Sonuçlar

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) mekanik mühendislik ve sivil ve çevre mühendisliği profesörü olan Xuanhe Zhao liderliğindeki mühendisler, son derece kıt kaynak koşullarında temiz içme suyu üreten bir atmosferik su toplama “penceresi” (AWHW) geliştirdi. Bu cihaz kompakt, tamamen kendi kendine sürdürülebilir ve sadece bir girdi gerektiriyor: güneş ışığı.

“Dünyadaki zor sorunları çözmek için yumuşak malzemeler icat ediyorum,” diye anlatıyor Zhao Gizmodo’ya.

AWHW’nin su toplama çekirdeği bir hidrojeldir. Bu malzeme, hidrofilik bir polimer ağından yapılmıştır ve havadan suyu kolayca emen higroskopik tuzlarla zenginleştirilmiştir. Siyah bir kabarcık sargısı gibi görünür; küçük, kubbeli yapılar suya doyunca şişer, kurudukça tekrar küçülür. Zhao’nun ifadesine göre, bu şişme-küçülme dönüşümü, origamiden ilham alarak, malzemenin verimliliğini en üst düzeye çıkarır.

Bir sonraki adım, hidrojel tarafından toplanan suyu yakalayacak bir oda tasarlamaktı. Başlangıçta piramit şeklinde bir oda inşa etmeye çalıştılar ancak bu, cihazda büyük bir kaplama alanına neden oldu ve verimliliği azalttı. Bu yüzden Zhao ekibine, en basit tasarımın neye benzeyeceğini sordu.

Sonuç olarak mühendisler hidrojeli, soğutucu katmanla kaplanmış iki cam levha arasında sıkıştırarak siyah, pencere boyutunda dikey bir panel oluşturdu. Bu panel gece dışarıya yerleştirildiğinde, hidrojel hava sıcaklığının düştüğü ve nemin yükseldiği bir ortamda su buharını emer. Gündüz ise güneş ışığı hidrojeli ısıtır, yakalanan suyun buharlaşmasına neden olur, su cam üzerine yoğunlaşır ve panelin altından bir tüp aracılığıyla toplanır.

“Bu pencere benzeri tasarım çok etkili,” dedi Zhao.

Ekip, atmosferik su toplama penceresini (AWHW) bir hafta boyunca Kuzey Amerika’nın en kurak bölgesi olan Death Valley’de test etti. Haziran ayında Nature Water dergisinde yayımlanan sonuçlar, bu cihazın son derece düşük nemli koşullarda bile etkili olduğunu gösterdi. Nem oranının %21 ila %88 arasında değiştiği durumlarda çalıştı ve günde 160 mililitreye kadar su üretti. Ayrıca, bu su direk içilebilecek seviyede.

“Bunu beklemiyorduk,” dedi “Will” Chang Liu, Death Valley araştırmasının ortak ilk yazarı ve eski MIT doktora sonrası araştırmacısı, Gizmodo’ya. “Böylesine düşük bağıl nemde bile iyi çalışıyor.” Bu test ayrıca ekibin dikey yapılandırmasının verimlilik için merkezi olduğunu, hidrojel panelin her iki taraftan da su toplayabilmesini sağladığını gösterdi, Liu ekledi.

“Güvenli içme suyuna en çok ihtiyaç duyan insanlara yardım etmek için bu işten gerçekten gurur duyuyoruz ve heyecanlıyız,” dedi Zhao.

Neden Yaptılar?

Dünya Sağlık Örgütü ve UNICEF verilerine göre, dünya genelinde 2 milyardan fazla insan temiz içme suyuna erişemiyor. Uzmanlar, nüfus artışı, ekonomik gelişim, kötü kaynak yönetimi ve iklim değişikliği nedeniyle bu rakamın artmasını bekliyor.

Kıt kaynak koşullarında yaşayan insanlar için güvenli, yönetilebilir içme suyu sağlama yöntemi geliştirmek “dünya için büyük bir meydan okuma,” diyor Zhao. Su kıtlığı yaşayan çoğu insan nehirler, yeraltı suları ve göller gibi karasal kaynaklara erişemez, ancak dünyada her yerde bulunan büyük bir taze su rezervi var: atmosfer.

“Havada, dünyadaki tüm nehirlerden yedi kat daha fazla taze su var,” dedi Zhao. Atmosferdeki milyonlarca milyar galon su buharının küçük bir kısmını bile kullanmak temiz suya erişimi büyük ölçüde iyileştirecektir. Kırsal, su sıkıntısı çeken yerlerde yaşayan birçok insan, güvenilir elektrikten ve teknik ekipman bakımına olacak gereksinimlerden de yoksun, Zhao açıkladı. Bu boşlukları kapatmak için bir atmosferik su toplama sistemi basit, kendi kendine yeterli ve dayanıklı olmalı.

Liu’ya göre, hidrojel tabanlı AWHW ortama pasif tepki verir, elektrik gerektirmez. Bu da off-grid su güvenliğini artırmak için özellikle uygun hale getirir, dedi.

“Bu tesisi o bölgelerde konuşlandırırsanız, insanlara hayati içme suyu sağlayabilirsiniz,” dedi Zhao.

Neden Kazandılar

Atmosferik su toplama cihazı geliştiren tek ekip değiller. Diğer tasarımlar etkili olduğunu kanıtlamış olsa da, AWHW birkaç önemli konuda onları geliştiriyor.

Metal-organik çerçevelerden (MOFs) yapılan tasarımlar şu ana kadar en verimli olanlarından bazıları olarak ortaya çıktı. Bu ultra-gözenekli malzemeler suyu hızla emer ve nem seviyeleri %14 kadar düşük olduğunda bile etkilidir, ancak çok maliyet-etkin değiller, dedi Liu. Dahası, MOF’lar suyu emerken şişmez veya gerilmezler, bu da buhardan tutma kapasitesini sınırlar. Diğer yandan hidrojeller, su moleküllerini malzemelerinin hacmine emer, onlara daha fazla su tutabilme imkanı verir. Ayrıca mikro- ve nano gözenek ağı su emilim ve salınımını hızlandırır.

Ancak tüm hidrojeller eşit şekilde yaratılmamıştır. Birçok tasarım, MIT’nin dahil olduğu tasarımlar da dahil, su emme yeteneklerini artırmak için tuzla zenginleştirilmiş hidrojeller kullanır. Bu, sık sık, toplanan suyu kirleten tuz sızmasına neden olur. AWHW bu problemi, hidrojeli stabil hale getiren ve kristalleşip suya sızmasını engelleyen gliserol ekleyerek çözer. Ekstra koruma için, hidrojeli nanoskalada gözenek içermeyen bir mikro yapıya sahiptir, bu da tuz sızmasını daha da engeller. Bu nedenle, AWHW tarafından üretilen suda bulunan tuz seviyeleri, diğer hidrojel tabanlı tasarımlardan önemli ölçüde daha düşüktür.

“Daha fazla arıtma gerektirmeden direk içilebilir,” dedi Zhao.

Sıradakiler

Death Valley testi AWHW’nin son derece kurak koşullarda iyi çalıştığını gösterse de, Zhao ve ekibi cihazın verimliliğini artırmak için çalışmaya devam ediyor. Nihai hedefleri, çöl iklimlerinde bile tüm hanelerin ihtiyacını karşılayacak kadar su üretebilmek. Bu amaçla, su toplama kapasitesini daha da artırmak için birden çok panelin birlikte çalıştığı diziler geliştiriyorlar.

Ekip, cihazı Fas da dahil olmak üzere başka yerlerde de test etmeyi planlıyor, burada işbirlikçi Youssef Habibi, Mohammed VI Polytechnic Üniversitesi Sürdürülebilir Malzemeler Araştırma Merkezi’ni yönetiyor, Liu dedi. Şimdi Singapur Ulusal Üniversitesi’nde mekanik mühendislik asistanı profesör olan Liu, Singapur’un nemli, tropikal ikliminde de AWHW’yi test etmeyi umduğunu ifade etti. Bundan sonra, üretim ölçeğini genişletmek, bu teknolojiye insanların ulaşabilmesi için uygun maliyetli hale getirmek ve duyurmak için çalışmalara başlayacaklar.

Takım

MIT takımı, Xuanhe Zhao tarafından yönetildi, ekibin diğer üyeleri ise “Will” Chang Liu, Xiao-Yun Yan, Shucong Li ve Bolei Deng’di. MIT ile ilgisi olmayan katkıda bulunanlar arasında Hong Kong Üniversitesi’nden Nicholas X. Fang, Singapur Üniversitesi’nden Hongshi Zhang, Fas’taki Mohammed VI Polytechnic Üniversitesi’nden Youssef Habibi ve Hong Kong Çin Üniversitesi’nden Shih-Chi Chen bulunuyor.

Kazananların tamamını görmek için buraya tıklayın.