Kurak kıyı bölgeleri, özellikle uzun süreli kuraklık dönemlerinde, sis hasadı cihazları için ideal konumlar sunar. Sis, bu bölgeler için önemli bir su kaynağı olabilir. Ancak mevcut standart sis toplama teknolojileri tıkanmaya eğilimlidir. Amerikalı bilim insanları, bu sorunu çözmek için daha önceki "sis arpı" tasarımlarının geliştirilmiş bir versiyonunu yarattılar.
Sis hasadı, İnkalara kadar uzanan eski bir uygulamadır. Günümüzde genellikle çerçevelere monte edilmiş, altında toplama kabı bulunan ağlar kullanılır. Tıpkı Namib çöl böceklerinin kanatları gibi, ağ telleri de yoğuşmayı artırmak için kimyasal olarak kaplanabilir.
Bu su toplayıcıların verimliliği, tellerin ve ağ deliklerinin boyutunu küçültmeye bağlıdır. Araştırmacılardan biri, "Delikler çok büyükse, mikroskobik damlacıklar içinden geçer ve fazla su toplamaz," diyor. Ancak bu küçültme, tıkanma riskini artırır. "Çok küçük olursa, damlacıklar birleşir ve üzerinde bir su filmi oluşturur," diye ekliyor araştırmacı. "Bu durum akışı engeller ve yakalama verimliliğini önemli ölçüde etkileyen bir bariyer görevi görür."
Bu nedenle araştırmacı ekip, 2018'de "sis arpı" adı verilen farklı bir tasarım geliştirdi. Adından da anlaşılacağı gibi, sis arpı, dikey tellerden oluşan bir çerçeveden oluşuyor, yatay teller yok. Bu tasarım, yıllık su alımlarının %35'ini ağaçların iğne yapraklı paralel dizilimlerinden damlayan sisten sağlayan Kalifornia sekoyalarından ilham aldı.
Tasarım, laboratuvarda model ölçekli testlerde çok iyi performans gösterdi, ağlara göre iki ila yedi kat daha fazla su topladı. Ancak gerçek dünyada, özellikle 1'e 1 metre gibi daha büyük boyutlarda test edildiğinde, yüzey gerilimi bir sorun haline geldi. Dikey teller topaklanmaya başladı, tıpkı suyla topaklanan saçlar gibi. Bu durum, toplama verimliliğini tekrar düşürdü.
Her İki Dünyanın En İyisi
Bu yüzden ekip, geleneksel ağ unsurlarını sis arpı ile birleştirerek bir hibrit versiyon oluşturmaya karar verdi: Esasen, ara sıra çapraz destek telleriyle ayrılmış, üst üste istiflenmiş bir dizi küçük ölçekli sis arpı modeli. Bu yapı, topaklanma sorununu ortadan kaldırarak istenen su hasadı verimliliğini sağladı.
Araştırmacılar, laboratuvarda konseptin farklı varyasyonlarını test etti; bir yanda çok bağlantılı standart ağlar, diğer uçta hiç bağlantısı olmayan orijinal sis arpı. Arada ise yüz, on, beş ve üç bağlantılı versiyonlar vardı. Hepsi havada asılı dururken ultrasonik nemlendiricilerden gelen sisle püskürtüldü.
Ardından, belirli bir süre sonra toplanan suyun kütlesini ölçerek genel verimliliği hesapladılar. Geliştirilmiş hibrit sis arpı, diğer değişkenlere bağlı olarak, saf ağ sis hasatçılarına ve orijinal sis arpına kıyasla sis toplama verimliliğini iki ila sekiz kat artırdı. Üç ve beş bağlantılı tasarımlar, en yüksek verimlilik için ideal nokta olduğunu kanıtladı.
Standart sis hasadı teknolojilerinden farklı olarak, araştırmacılar kimya yerine akıllı geometrik tasarımlar kullanmaya çalıştıklarını belirtiyorlar. "Bu alana ilk girdiğimde, neredeyse herkes ağ kullanıyordu, ancak sadece tıkanmayı azaltmak için ağlara giderek daha zekice kimyasal kaplamalar yapmaya çalışıyorlardı. Ağdan arpa geçmenin, hiçbir kimyasal veya kaplama olmadan, sadece geometrideki değişikliğin tıkanma sorununu çok daha iyi çözdüğünü gördük," diyorlar.
Laboratuvardaki prototipleri için, ekip "harp tellerini" zayıf hidrofobik bir plastikten 3D baskı ile üretti. Ancak genel olarak, arp kaplamasız paslanmaz çelik tellerle harika çalışıyor ve kesinlikle herhangi bir süslü kaplamaya ihtiyaç duymuyor. Ve hibrit arp, tıpkı klasik ağlar gibi, nispeten kolay bir şekilde ölçeklendirilebilir. İstenen boyuta ulaşmak için, metre metre, daha küçük yüksekliklerde bir dizi arpa teli bir araya getirmek yeterli. Araştırmacılar, "Bu şeyin ne kadar büyük olabileceğinin bir sınırı yok," diye ekliyorlar.
Bir sonraki bariz adım, modelin ölçeklendirilmesi ve daha büyük prototiplerin açık havada test edilmesi. Araştırmacılar ayrıca hibrit sis arpının elektrikli bir versiyonunu da test etmek istiyorlar. "Bir voltaj uygulandığında, daha fazla su yakalayabildiğiniz ortaya çıkıyor," diyorlar. "Hibrit tasarımımız tıkanmadığı için, her iki dünyanın en iyisine sahip olabilirsiniz: Gerçek sistemlerde toplama miktarını artırmak için elektrik alan kullanmak ve aynı zamanda tıkanmayı önlemek."
Hibrit sis arpı, çok fazla sis alan herhangi bir kıyı bölgesinde su hasadı için çok uygun olsa da, araştırmacılar yüksek verimli sis hasatçıları için başka, daha az belirgin potansiyel uygulamalar da öngörüyorlar. Güvenlik tehlikesi oluşturabilen sise eğilimli yollar, otoyollar veya havaalanı iniş şeritleri bunlardan bazıları. Hatta basınçlı nitrojen gazı gibi şeyler üreten endüstriyel kimyasal tedarikçileri bile var; işlem çevredeki havayı, sokağa yayılıp şehir bloklarına zarar verebilecek bir buz sisine dönüştürebilir.
