Barajlarda ve rezervuarlarda insanların kullanımı için depolanan su , özellikle Güney Afrika gibi sıcak bölgelerde sıklıkla buharlaşır . Yükselen sıcaklıklar buharlaşmayı hızlandırarak insanlar, tarım ve sanayi için daha az su bırakır. Bir laboratuvar araştırmasında, göllerin ve barajların üzerine battaniye gibi yerleştirilebilen ve güneşten gelen kızılötesi ısının suya ulaşmasını sınırlayarak buharlaşmayı azaltan ince bir nanomalzeme yüzer örtü tasarımı açıklanıyor. Ayrıca, tasarımın gerçek dünyada test edilebilmesi için aşılması gereken engelleri de özetliyor.
Su buharlaşmasını azaltmak neden bu kadar önemli?
Buharlaşmayı azaltmak, zaten sahip olduğumuz suyu daha az israf etmek anlamına gelir. Araştırmanın ardındaki fikir oldukça basitti: Eğer zaten depoladığımız suyun daha fazlasını koruyabilirsek, yeni su kaynakları bulma baskısını azaltırız.
Bu durum özellikle Afrika için geçerlidir; zira barajlarda ve göllerde depolanan su, su güvenliği, gıda üretimi ve kuraklığa karşı direnç açısından önemli bir katkı sağlayabilir.
Nanomalzeme kaplama, güneş ışığının geçmesine izin verirken buharlaşmayı nasıl engelliyor?
Fikir, su yüzeyine çok dikkatli tasarlanmış bir gölge veya örtü yerleştirmeye benziyor. Zaten var olan bir nanomalzemenin, güneş ışığı için seçici bir filtre görevi görecek şekilde suya yerleştirilip yerleştirilemeyeceğini görmek istedim. Araştırmanın amacı, bir nanomalzemenin, görünür ışığın büyük bir kısmını geçirirken ısı taşıyan kızılötesi radyasyonun büyük bir kısmını engelleyerek buharlaşma sorununu çözüp çözemeyeceğini ilk kez ortaya çıkarmaktı .
Bu nanomalzeme , şeffaf iletken oksit adı verilen son derece ince bir malzeme tabakasının hafif ve esnek bir plastik levha üzerine yerleştirilmesiyle üretilir .
Bu örtü, su yüzeyinin daha serin kalmasına yardımcı olur. Su bitkileri ve hayvanları ölmesin diye bir miktar güneş ışığının geçmesine izin vermek gereklidir. Benim örtüm, faydalı ışığın geçmesine izin verirken suyu sıcaktan korur.
Deneylerimizde, örtü ortalama olarak görünür ışığın %60’ından fazlasının geçmesine izin verirken, kızılötesi ışığın %80’inden fazlasını güneşe geri yansıttı. Sonuç olarak, örtünün altındaki su, örtünün üst yüzeyine göre belirgin şekilde daha serin kaldı. Su, günün en güneşli saatlerinde 10°C daha soğuktu ve bu da buharlaşmayı en aza indirdi.
Bir diğer önemli avantajı da şudur: Bu örtü hafif ve su geçirmez olduğundan (su yüzeyine yapışmaz), su üzerinde durabilmesi için ağır bir yapıya ihtiyaç duymaz.
Daha fazla bilgi için: Victoria Gölü 100.000 yılda üç kez kurudu. Bu tekrar olabilir.
Laboratuvar deneylerinde, test süresi boyunca kaplanmış örtünün altındaki su seviyesi esasen değişmeden kaldı; bu da çok az miktarda buharlaşma olduğu anlamına geliyor.
Öte yandan, su deposu açık bırakıldığında veya sadece sıradan bir plastik örtüyle kapatıldığında su seviyesi düştü.
Suyun buharlaşmasını başka neler engeller ve bu yöntem neden daha iyidir?
Suyun buharlaşmasını önlemek için yüzen veya asılı örtüler , gölge bezleri , rüzgar bariyerleri, bitkiler ve palmiye yaprakları gibi doğal malzemeler kullanılmıştır . Bazı bilim insanları, su için güneş kremi yapmak amacıyla kimyasallar kullanmayı araştırmıştır . Ancak bunlar genellikle tüm güneş ışığını engellerken, bizim araştırmamız yalnızca kızılötesi radyasyonu engellemeyi amaçlamaktadır.
Yeni tasarımımızın daha iyi olduğuna inanıyoruz çünkü nanomalzemeler hafiftir. Şeffaf iletken oksit, esnek ve hafif bir plastik levha üzerine birkaç yüz nanometre kalınlığında ince bir kaplama olarak uygulanır. Bu kaplamanın ne kadar ince olduğunu vurgulamak gerekirse, bir nanometre bir metrenin milyarda biridir. Bu da kapağımızı ağır ve kalıcı bir yapıya göre daha kolay taşınabilir hale getirir.
Daha fazla bilgi için: Nanoteknoloji Nijerya’ya çok şey sunuyor ancak araştırmaların desteğe ihtiyacı var.
İkinci olarak, görünür ışığın büyük bir kısmının geçmesine izin verdiği için, güneş ışığının alttaki suya ulaşmasını tamamen engellemeden buharlaşmayı azaltma potansiyeline sahiptir. Bu, su bitkilerini ve diğer yaşam formlarını destekleyen rezervuarlar için önemlidir.
Üçüncüsü, kaplanmış yüzey su geçirmezdir ve test ettiğimizde, yosun veya diğer doğal oluşumların oluşma olasılığının daha düşük olduğunu gördük. Bu, zaman içinde daha az temizlik ve bakım gerektirebileceği anlamına gelir.
Suyu kirleten nanomalzeme potansiyel bir endişe kaynağı olsa da, tasarımımız nanomalzemeyi doğrudan suya yerleştirmeye odaklanmadı. Bunun yerine, suya temas etmeyecek şekilde, plastik bir tabaka üzerine sabitlenmiş ince bir kaplama olarak kullanıldı.
Bundan sonra ne yapılması gerekiyor?
Bu yöntemi yalnızca laboratuvar ölçekli bir su deposunda, güneş ışığını taklit etmek üzere tasarlanmış yapay bir ışık kaynağı kullanarak test ettik. Açıkta kalan bir depoyu, sıradan plastikle kaplı bir depoyu ve kaplama malzemesiyle kaplı bir depoyu karşılaştırarak farklı ışık koşullarını ve su yüzeyinden uzaklıkları test ettik. Sonuçlar, kaplama malzemesi kullanıldığında çok daha az su kaybı olduğunu tutarlı bir şekilde gösterdi.
Bir sonraki önemli adım, laboratuvardan gerçek dünyaya geçmektir.
Bunun gerçekleşmesi için şunlar yapılması gerekir:
Öncelikle, maliyet, dayanıklılık, bakım ve genel çevresel etki açısından mevcut çözümlerle nasıl karşılaştırıldığını belirlemek için geniş ölçekli saha denemelerine ihtiyaç duyulmaktadır.
Saha testi, laboratuvar deneylerinin yanıtlayamadığı sorulara cevap bulmaya yardımcı olur. Malzeme gerçek güneş ışığında, rüzgarda, yağmurda ve değişen sıcaklıklarda nasıl performans gösterir? Örtü ne kadar süre dayanır? Hareketli suda nasıl davranır? Büyük bir rezervuarın üzerine üretmenin ve kurmanın maliyeti ne olur?
İkinci olarak, doğal bir baraj veya rezervuarda, su ve rüzgarın örtüyü yerinden oynatmasını önlemek için örtünün bir tür yüzer sisteme bağlanması gerekecektir.
Üçüncüsü, nanomalzemenin gerçek barajlarda kullanılabilmesi için, polikarbonat gibi dayanıklı, ultraviyole ışınlarına dirençli malzemeler üzerinde bilimsel bir çalışma veya araştırma yapılması gerekmektedir . Çünkü uzun süreli ultraviyole ışınlarına maruz kalma, bazı plastiklerin bozulmasına, kırılgan hale gelmesine, çatlamasına ve küçük parçalara ayrılmasına neden olabilir. Bu örtünün suya bırakılabilmesi için, yapıldığı malzemenin yıllarca güneş ışığına maruz kalmaya dayanabileceğinden ve yüzme özelliğini koruyabileceğinden emin olmalıyız.