Mikromotorlar atık suyu arıtıyor ve yeşil enerji yaratıyor

Mikromotorlar atık suyu arıtıyor ve yeşil enerji yaratıyor

Mikromotor adı verilen küçük, kendinden tahrikli cihazlar, belirli kirletici maddeleri hedef alarak atık su içerisinde hareket edecek şekilde tasarlanabilir. Kirleticileri adsorbe edebilen veya bunlarla reaksiyona girebilen ve bunların sudan uzaklaştırılmasına yardımcı olan fonksiyonel malzemeler veya kaplamalar taşıma konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptirler.

Peki ya enerji üretmek için de optimize edilebilselerdi?

Suyun temizlenmesi ve amonyak üretilmesi

İspanya'daki Katalonya Kimyasal Araştırma Enstitüsü'ndeki (ICIQ) araştırmacılar, hareket halindeyken atık suyu verimli bir şekilde temizleyen ve yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanılabilecek amonyak üreten otonom mikromotorlar yarattılar.

Motorlar artık Gothenburg Üniversitesi'nde oluşturulan bir yapay zeka tekniği kullanılarak ayarlanacak ve sonuçları optimize edilerek süper verimli temizleme ve enerji üreten makineler haline getirilecek.
Cihazlar, bir ucunda kimyasal etkileşimler nedeniyle çalışan kabarcık salma mekanizması bulunan silikon ve manganez dioksit tüpünden oluşur. Tüp, motor görevi gören bu kabarcıkların yardımıyla suyun içinde hareket eder.

Mikromotorları kaplayan lakkaz kimyasal bileşeni, kirli suda bulunan ürenin cihazla anında temas ettiğinde amonyağa dönüşümünü hızlandırır. Amonyak daha sonra yeşil ve temiz bir enerji kaynağı olan hidrojene dönüştürülebilir.

"Bu ilginç bir keşif. Günümüzde su arıtma tesisleri ürenin tamamını parçalamakta zorluk çekiyor, bu da su açığa çıktığında ötrofikasyonla sonuçlanıyor. Bu, özellikle kentsel alanlarda ciddi bir sorundur," dedi ICIQ'daki Doktor Katherine Villa'nın grubundan doktora öğrencisi Rebeca Ferrer.

Tasarımın iyileştirilmesi

Tüplerin suyu etkili bir şekilde temizleyebilmesi için bilim adamlarının artık tasarımlarını geliştirmeleri gerekiyor. Bunu yapabilmek için bu bileşenlerin nasıl hareket ettiğini ve su altında ne kadar süre çalıştıklarını gözlemlemeleri gerekiyor. Ancak cihazların ürettiği kabarcıklar görüşü engellediğinden bunu mikroskop altında yapmak zordur.

Neyse ki, Gothenburg Üniversitesi araştırmacıları tarafından oluşturulan bir yapay zeka tekniği sayesinde mikromotorların hareketlerini yaklaşık olarak tahmin etmek artık mümkün. Makine öğrenimi algoritmaları, sıvı içinde dolaşan birden fazla motorun aynı anda izlenmesini mümkün kılar.

“Mikromotoru izleyemezsek geliştiremeyiz. Göteborg Üniversitesi Fizik Bölümü'nde doktora öğrencisi Harshith Bachimanchi, "Yapay zekamız, geliştirme çalışmalarının şu anda devam ettiği laboratuvar ortamında iyi çalışıyor" dedi.

Mikromotorlar mikro ölçekte bağımsız olarak seyahat edebildikleri ve belirli faaliyetleri gerçekleştirebildikleri için, çevresel iyileştirme için umut verici bir araç haline geldiler. Bu son gelişmenin bunların çekiciliğini artıracağı kesin; ancak bilim insanları, cihazlarını ne zaman geniş çapta kullanıma sunabileceklerini bilmiyorlar. Şimdilik bu önemli yenilik üzerinde, onu önümüzdeki yıllarda evrensel olarak uygulanabilir hale getirme umuduyla çalışmaya devam ediyorlar.

Çalışma Nanoscale dergisinde yayınlandı.

Çalışma özeti:

Mikromotorlar, otonom olarak gezinme ve mikro ölçekte belirli görevleri yerine getirme yetenekleri sayesinde, çevresel iyileştirme için umut verici araçlar olarak ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada, kirleticilerin uzaklaştırılması için ek bir oksidatif katalitik yol sağlayarak organik kirleticilerin oksidasyonunun arttırılması için lakkaz ile modifiye edilmiş MnO2 boru şekilli mikromotorların geliştirilmesini sunuyoruz. Bu değiştirilmiş mikromotorlar, ürenin katalitik ayrışması yoluyla verimli amonyak üretimi sergiliyor ve bu da onların yeşil enerji üretimi alanındaki potansiyel uygulamalarını gösteriyor.

Çıplak mikromotorlarla karşılaştırıldığında, lakkazla modifiye edilmiş MnO2 mikromotorları, rodamin B bozunmasında %20'lik bir artış sergiler. Dahası, amonyak üretimi yalnızca 15 dakikada 2 ppm'den 31 ppm'ye yükseldi, bu da onların yüksek katalitik aktivitesini kanıtlıyor. Mikromotorların hassas bir şekilde takip edilebilmesi ve hızlarının ölçülebilmesi için derin öğrenme tabanlı bir takip sistemi geliştirildi. Genel olarak bu çalışma, biyo-katalitik boru şeklindeki mikromotorların enerji alanında potansiyel uygulanabilirliğini genişletmektedir.

Kaynak: Interesting Engineering