Bir süzgeç düşünün; o kadar ince ki sadece tek bir atom kalınlığında ve o kadar hassas ki su moleküllerinin geçmesine izin verirken, tuz taneciklerini (iyonlarını) kapıda bırakıyor. İşte bu, bilim kurgu değil; Grafen Membran Teknolojisi.
Mevcut tuz arıtma (desalinasyon) tesisleri, suyu filtrelerden geçirmek için devasa basınç pompaları kullanır ve muazzam elektrik harcar. Grafen ise süreci hızlandırarak, temiz suya erişimi herkes için ucuz ve kolay hale getirmeyi vaat ediyor.
Grafen, karbon atomlarının bal peteği düzeninde dizildiği, çelikten 200 kat sağlam ve dünyanın en ince malzemesidir. Tuz arıtma membranları genellikle iki şekilde tasarlanır:
Nanogözenekli Grafen: Tek katmanlı grafen tabakası üzerine, lazer veya plazma ile nanometre boyutunda (metrenin milyarda biri) delikler açılır. Bu delikler su molekülü (H2O) geçecek kadar büyük, ancak tuz iyonları (Na+ ve Cl-) geçemeyecek kadar küçüktür.
Grafen Oksit (GO) Laminatlar: Grafen oksit pulları bir kitabın sayfaları gibi üst üste dizilir. Su molekülleri bu katmanların arasındaki mikroskobik kanallardan akar gider, ancak tuzlar ve kirleticiler bu labirentte sıkışıp kalır.
Şu anda dünyada en yaygın kullanılan yöntem Ters Ozmos (Reverse Osmosis - RO) teknolojisidir. Ancak grafen, RO membranlarını şu üç alanda nakavt eder:
Standart polimer membranlar kalındır ve suyun geçmesi için çok yüksek basınç gerekir. Grafen ise atomik incelikte olduğu için su molekülleri içinden neredeyse sürtünmesiz geçer.
Sonuç: Grafen membranlar, standart membranlara göre 100 ila 1000 kat daha fazla su akışına izin verir.
Daha yüksek geçirgenlik, suyu itmek için daha az basınç gerektiği anlamına gelir. Bu da desalinasyon tesislerinin elektrik faturalarında %20 ila %50 arasında tasarruf sağlar.
Mevcut membranlar klorlu suda bozulur, bu yüzden suyun önce klordan arındırılması gerekir. Grafen ise kimyasallara karşı son derece dirençlidir. Ayrıca bakterilerin yüzeyde birikip filtreyi tıkamasını (biyofilm oluşumu) engeller.
Teoride mükemmel olan bu teknolojinin önünde, üretimsel engeller vardır:
Ölçeklendirme: Laboratuvarda bir santimetrekarelik kusursuz grafen filtre yapmak kolaydır, ancak bir tesisi besleyecek binlerce metrekarelik zarı hatasız üretmek zordur. Tek bir çatlak, tuzlu suyun sızmasına neden olabilir.
Maliyet: Yüksek kaliteli grafen üretimi hala maliyetlidir, ancak yeni üretim teknikleriyle fiyatlar hızla düşmektedir.
Bu teknoloji sadece dev tesisler için değildir:
Taşınabilir Arıtıcılar: Bir şişe boyutundaki grafen filtre ile herhangi bir kirli su kaynağından veya denizden anında temiz su içilebilir. (Askeri ve kamp kullanımı için idealdir).
Atık Su Geri Dönüşümü: Fabrikaların kirli sularını içindeki değerli minerallerden ve boyalardan ayırarak tekrar kullanıma sokabilir.
Lockheed Martin gibi savunma devleri ve dünyanın dört bir yanındaki üniversiteler, "Perforene" gibi ticari isimlerle bu filtreleri piyasaya sürmeye hazırlanıyor.
Su, yeni petroldür. Grafen tuz arıtma membranları, okyanusları insanlığın su ihtiyacını karşılayacak sınırsız bir kaynağa dönüştürme potansiyeline sahiptir. Bu teknoloji olgunlaştığında, "su kıtlığı" kelimesi tarih kitaplarında kalan bir kavram olabilir.
