Nehirleri temiz tutan döngüsel tuz ekonomisi

2018-2019 kış mevsiminde bir milyon ton tuz sadece Pensilvanya eyaletindeki buzlu yollara döküldü. Bu gibi endüstriyel alanlarda kullanılan tuzlar tatlı sulara karışıp sularını içilmez hâle getiriyor ve büyüyen küresel krize katkıda bulunuyor. Peki bu kıymetli doğal kaynakları nasıl daha iyi şekilde koruyabiliriz? Fiziksel organik kimyager Tina Arrowood, tuzu nehirlerden uzaklaştıracak ve endüstriyel yan üründen kıymetli kaynaklara dönüştüren döngüsel tuz ekonomisini yaratacak üç adımlı planı anlatıyor.

Kuzey Wisconsin'de büyürken

doğal olarak Mississippi Nehri'yle aramda
özel bir bağ oluştu.

Küçükken kız kardeşimle

M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i'yi en hızlı kim
heceleyebilir gibi

oyunlar oynardık.

Ortabatı'yı keşfetmek
ve Meksika Körfezi'nin

ticaret rotasını çıkarmak için
ilkokuldayken ilk kaşifleri

ve onların seferlerini,
Marquette ve Joliet'i, Büyük Nehirleri,

Mississippi Nehri'ni nasıl kullandıklarını

ve akarsu yollarını öğrendim.

Lisansüstü eğitimim sırasında

Mississippi Nehri,
Minnesota Üniversitesi'ndeki

laboratuvar penceremin
hemen dışında olduğu

için çok şanslıydım.

O 5 yıllık dönemde Mississippi Nehri'ni
tanıma fırsatı buldum.

Değişken doğasını,

bir anda kanallarına su bastığını,

kısa bir süre sonra ise

kıyı şeridinin kuruduğunu öğrendim.

Bugün bir fiziksel organik kimyacı olarak

Mississippi Nehri gibi nehirleri

insan aktivitelerinden oluşabilecek
aşırı tuzlanmadan korumak için

eğitimimi kullanmaya kendimi adadım.

Çünkü bildiğiniz gibi

tuz, tatlı su nehirlerini kirletebilen
bir maddedir.

Tatlı su nehirleri,
sadece %0.05 tuz oranına sahiptir.

Bu seviyedeki suyu
içmek güvenlidir.

Ancak gezegenimizin büyük çoğunluğundaki
suyu okyanuslarımızda bulunur,

ve okyanus suyunun tuzluluk oranı
%3'ten fazladır.

Eğer onu içerseniz
çok hızlı bir şekilde hastalanırsınız.

Yani gezegenimizdeki
okyanus suyunun hacmiyle

nehir suyunun hacmini karşılaştırırsak

ve diyelim ki okyanus suyunu
olimpik bir yüzme havuzuna

sığdırabiliyoruz,

bu durumda dünyadaki tüm nehir suları
3,7 litrelik bir sürahiye sığar.

Yani çok değerli bir kaynak
olduğunu görebiliyoruz.

Ama değerli bir kaynak gibi mi
davranıyoruz?

Yoksa kapı önüne koyulan,

ayaklarımızı sildiğimiz eski bir paspas
gibi mi davranıyoruz?

Nehirlere eski paspas gibi davranmanın
ciddi sonuçları var.

Bir bakalım.

Sadece bir çay kaşığı tuzun
yapabildiklerini görelim.

Eğer okyanus suyuyla dolu olan

bu olimpik yüzme havuzuna
bir çay kaşığı tuz eklersek

okyanus suyu, okyanus suyu
olarak kalır.

Ama aynı çay kaşığı tuzu

tatlı nehir suyuyla dolu olan
bir sürahiye koyarsak

bir anda içmek için çok tuzlu hale gelir.

Burada sonuç,

nehirlerin hacmi okyanuslarla
karşılaştırılınca çok küçük olduğu için

insan aktivitelerine karşı
daha hassas olması

ve korunmaları için
onlarla ilgilenmemiz gerektiğidir.

Son zamanlarda dünyadaki nehir sağlığına

bakmak için kaynakları inceledim.

Su kıtlığı çekilen ve ağır sanayi
gelişmelerinin olduğu şehirlerde

oldukça kötü bir nehir sağlığı
bekliyordum.

Kuzey Çin ve Hindistan'da
tam da bunu gördüm.

Ama 2018'den bir makale okuduğumda
çok şaşırdım.

Amerika'da örneklendirilmiş

232 nehir numune bölgesinden
bahsediyordu.

Bu bölgelerin %37'si

yükselen tuz seviyelerine sahipti.

Bundan daha da şaşırtıcı olan ise,

tuzluluk oranı en hızlı yükselenlerin

Amerikan'nın doğu kısmında bulunmasıydı,

çorak güneybatısında değil.

Bu makalenin yazarları bunun sebebinin

yollardaki buzları eritmek için kullanılan
tuz olabileceğini varsaymışlar.

Potansiyel olarak bu tuzun
diğer bir kaynağı

tuzlu endüstriyel atık suları olabilir.

Gördüğünüz gibi, insanların aktiviteleri
tatlı sularımızı

okyanus sularımıza benzeyen
suya çevirebiliyor.

Bu yüzden geç olmadan
harekete geçip bir şeyler yapmalıyız.

Benim bir önerim var.

3 adımlı nehir savunma mekanizmasını
kullanabiliriz

ve endüstriyel su kullanıcıları bu
savunma mekanizmasını kullanırsa

nehirlerimizi çok daha güvenli
bir pozisyona getirebiliriz.

Bu süreç ilk olarak
su geri dönüşüm

ve tekrar kullanım
operasyonlarını sağlayarak

nehirlerden daha az su çekilmesini içerir.

İkinci olarak

bu tuzlu endüstriyel atık sularındaki
tuzu çıkarıp

yeniden kazandırıp başka amaçlar için
kullanmalıyız.

Üçüncü olarak
şu anda madenlerden

sağladıkları tuzları tüketen
tuz tüketicilerini

geri dönüşümden elde edilen tuzları
kullanan tüketicilere çevirmeliyiz.

Bu üç kısımlı savunma mekanizması
şu anda zaten kullanılıyor.

Kuzey Çin ve Hindistan
nehirlerini rehabilite

etmek için kullanıyor.

Ancak bu önerideki amaç,

nehirlerimizi rehabilitasyona
ihtiyaç duymadan

savunma mekanizmasıyla
onları korumak.

İyi haber şu ki,
bunu yapabilecek teknolojiye sahibiz.

Zar süzgeçler ile.

Zar süzgeçler, su ile tuzu
ayrıştırabiliyorlar.

Zar süzgeçler yıllardır aramızdalar

ve büyüklüklerine ya da
enerji yüklerine göre ayrılan

polimerik materyallerden oluşurlar.

Tuz ve suyu birbirinden ayıranlar

genellikle elektrik yüküne göre
ayrıştıranlardır.

Bu zar süzgeçler negatif yüklü olurlar

ve erimiş tuzda bulunan
negatif yüklü florid iyonları

uzaklaştırmaya yardımcı olur.

Dediğim gibi bu zar süzgeçler
uzun zamandır aramızda

ve şu anda, her dakika
25 milyon galon suyu temizliyorlar

Aslında bundan da fazlası temizleniyor.

Ama fazlasını da
yapabilirler.

Bu zar süzgeçler ters osmoz
prensibine dayanırlar.

Şimdi, osmoz dediğimiz vücudumuzda
doğal olan bir olaydır--

işte, hücrelerimizin çalışma şekli.

Osmoz ise iki farklı seviyede

tuz konsantrasyonu olan iki odadır.

Biri düşük tuz konsantrasyonuna sahip

diğeri yüksek tuz konsantrasyonuna sahip.

İki odayı ayıran şey
yarı geçirgen zardır.

Doğal osmoz sürecinde

su doğal olarak zar süzgeçin içinden

düşük tuz konsantrasyonlu taraftan

yüksek tuz konsantrasyonlu
tarafa doğru,

dengeye ulaşana kadar geçer.

Şimdi, ters osmoz,
bu doğal osmoz sürecinin tersidir.

Bu ters işlemi gerçekleştirmek için

yüksek konsantrasyonlu alana
baskı uyguluyoruz

ve bu şekilde suyu ters tarafa
yönlendiriyoruz.

Böylece yüksek konsantrasyonlu taraf
daha tuzlu,

daha konsantre hâle geliyor

ve düşük konsantrasyonlu taraf ise
arınmış, temiz su hâline geliyor.

Ters osmoz yöntemini kullanarak
endüstriyel atık suyunun

yaklaşık %95'ini arıtıp
temiz su hâline getirebiliyoruz.

Geri kalan %5 ise tuzlu konsantre
karışım oluyor.

Şimdi, bu %5 tuzlu konsantre karışım

atık değil.

Bilim insanları sadece

belirli tuzların geçebildiği

süzgeçler geliştirdi.

Aynı zamanda nanofiltrasyon diye

bilinen zar süzgeçleri kullanarak

bu %5 konsantre tuzlu solüsyon

arıtılmış tuz solüsyonuna
çevrilebiliyor artık.

Yani, ters osmoz ve nanofiltrasyon
zarları kullanarak

endüstriyel atık suyunu hem suya

hem de tuza dönüştürebiliyoruz.

Bu şekilde

nehir savunma mekanizmasının
bir ve ikinci adımlarını başarıyoruz.

Şimdi, bunu birçok endüstriyel su
kullanıcısına sundum

ve ortak cevapları ise şu oldu:

"İyi, hoş ama kim benim
tuzumu kullanacak?"

Bu yüzden üçüncü adım oldukça önemli.

Maden tuzunu kullananları

geri dönüşüm tuzu tüketicilerine
çevirmemiz gerekli.

Peki kim bu tuz tüketicileri?

2018'de ABD'de tüketilen tuzun

%43'ünün yoldaki buzu çözmek için

kullanıldığını öğrendim.

%39'u kimya sanayisinde
kullanılıyordu.

Gelin bu iki uygulamaya bakalım.

Çok şaşırmıştım.

2018-2019 kış aylarında

bir milyon ton tuz

Pensilvanya eyaletinin yollarına dökülmüş.

Bir milyon ton tuz

Empire State binasının üçte ikisini
doldurmak için yeterli.

Bu dünyadan çıkarılmış,
yollarımıza dökülmüş

sonra doğaya

ve nehirlerimize karışmış
bir milyon tuz.

Buradaki öneri ise bu tuzu

tuzlu endüstriyel atık
sularından elde edip

nehirlerimize karışmasını önleyerek

yollarda kullanmak.

Böylece bahar gelip buzlar eridiğinde
ve bu yüksek tuz

oranına sahip akış başladığında
nehirler kendilerini

bundan korumak adına
daha iyi

bir konumda olacak.

Bir kimyager olarak

heyecan duyduğum fırsat

döngüsel tuzu
kimya endüstrisine tanıtmak.

Klor-alkali endüstrisi
bunun için mükemmel.

Klor-alkali endüstrisi
epoksi kaynağıdır,

üretanlar, çözücüler ve
gündelik hayatta kullandığımız

diğer birçok faydalı
ürünün kaynağıdır.

Besleme yığını olarak
sodyum klorür tuzu kullanır.

Buradaki fikir şu

ama öncelikle doğrusal ekonomiye bakalım.

Doğrusal ekonomide o tuzu
madenden çıkarırlar,

klor-alkali sürecinden geçer,

basit kimyasala dönüşür,

ve böylece başka yeni
ürüne veya daha

fonksiyonel bir ürüne dönüştürülür.

Ancak bu dönüşüm sürecinde

tuz genellikle yan üründür

ve endüstriyel atık suyuna karışır.

Amacımız, döngüselliği tanıtabilmek,

fabrikaların endüstriyel atık su
akıntılarından suyu ve tuzu

ayırabilmek ve bunu klor-alkali işleminin

ön ucuna gönderebilmek.

Döngüsel tuz.

Peki bu ne kadar etkili?

Gelin bir örneğe bakalım.

Dünyadaki propilen oksit
üretiminin %50'si

klor-alkali süreciyle elde edilir.

Bu, küresel olarak yıllık bazda

yaklaşık 5 milyon ton
propilen oksit demek.

Yani dünyadan çıkarılıp
klor-alkali işleminden

geçip propilen oksite
dönüştürülen ve sonra

bu işlem sırasında
atık su akıntılarına karışan

5 milyon ton tuz demek.

5 milyon ton üç tane
Empire State binasını

doldurmaya yetecek
tuz demektir.

Bu yıllık bazda.

Döngüsel tuzun nehirlerimizi
aşırı tuzlu

akıntıdan nasıl koruyacağını
görüyorsunuz.

"Bu süzgeç zarlar yıllardır varmış,

peki neden atık suyun tekrar

kullanımı için yerleştirilmiyor?"
diyebilirsiniz.

Kısacası atık suların
tekrar kullanımını

uygulamak maliyetli bir iş.

İkincisi bu bölgelerdeki

sular çok geç olana kadar

önemsenmiyor.

Tatlı su sürdürülebilirliği için

plan yapmamanın
ciddi sonuçları var.

Almanya'daki Ren Nehri'nin
düşük su seviyesinden

dolayı geçen yıl 280 milyon
dolar zarar eden

dünyanın en büyük kimyasal
üreticilerinden birine sorabilirsiniz.

Yıldan yıla su kaynaklarını kurutan
bir kuraklık yaşayan ve sonra

sifonlarını çekmemeleri söylenen
Güney Afrika, Cape Town

sakinlerine sorabilirsiniz.

Gördüğünüz gibi, burada

süzgeç zarlarla saf su,

saf tuz sağlayabileceğimiz,

bu iki süzgeci kullanarak

nehirleri gelecek nesiller için

koruyabileceğimiz çözümlerimiz var.

Teşekkürler.

(Alkış)