Dünyanın kıyı bölgeleri ekonomik olarak refah olan insanların yaşadığı ve özellikle de turizmin yoğun olduğu yerlerdir.1 Değişen iklim koşulları ile değişen deniz suyu seviyesi kıyı bölgelerinde erozyonlara neden olmakta ve ekonomik dezavantaj oluşturmaktadır. Bu kıyı erozyonunun önüne geçme ve hatta denizlere kurulu yapıların aşınımlarını ve yıkılmalarını önleme oldukça maliyetlidir.
Northwestern Üniversitesi’ndeki araştırmaya göre deniz kıyı şeridine yakın deniz suyuna hafif bir elektrik enerjisi (3-4 V) verilerek kumun (deniz mineralleri) katılaşarak iklim değişikliği ve artan deniz seviyeleri karşısında erozyon riskini azaltacağını göstermiştir. Araştırmacılar deniz suyundaki mineralleri kullanan istiridyelerden, midyelerden ve diğer kabuklu deniz hayvanlarından ilham alarak ilginç bir çalışmaya imza attılar. Araştırmacılar kum (silika) taneleri arasında doğal bir bağ oluşturmak için denizde çözünmüş mineralleri kullandılar. Yumuşakçaların yaptığı gibi metabolik enerji kullanmak yerine kimyasal bir reaksiyon oluşturabilmek için elektrik enerjisini kullandılar.
Laboratuvarda yürütülen deneylerde, zayıf bir elektrik akımı deniz kumunun bileşimini değiştirerek (elektrodepozisyon) onu kaya benzeri bir maddeye dönüştürdü. Araştırmacılar, bu stratejinin küresel kıyı şeritlerini iyileştirme sorununa uzun ömürlü, ucuz ve sürdürülebilir bir çözüm sağlayacağını düşünüyorlar.
Çalışmaya katılan Northwestern’den Loria, dünya nüfusunun %40’tan fazlasının kıyı bölgelerinde yaşadığını söyledi. Erozyon, iklim değişikliği ve deniz seviyesinin artması nedeniyle bu insanlık için önemli bir tehlikedir. Erozyon, altyapının bozulması ve arazi kaybı sonucunda her yıl 400 milyar doların üzerinde bir maliyete sebep olmaktadır. Günümüzde, erozyonu azaltmada mevcut yöntemler koruyucu yapıların inşası veya zemine harici pıhtılaştırıcıların enjekte edilmesini içerir.
Bu problemler sonucunda yapılan çalışmada amaç, kıyı savunmasındaki mevcut durumu değiştirecek bir yöntem yaratmaktı; bu yöntem yapısal desteklerin inşasını gerektirmeyecek ve bunun yerine deniz tabanını güçlendirmek için deniz tabanı çimentosunu kullanacaktı. Deniz ortamının toprağında hafif bir elektrik akımı yoluyla, deniz suyunda doğal olarak çözünen mineralleri mekanik ve sistematik olarak katı bağlayıcılara (doğal çimento) çimentolamanın mümkün olduğunu gösterildi.
Deniz duvarları da aşınır
Artan yağış ve deniz seviyesinin yükselmesini içeren iklim değişikliği, kıyı şeridine giderek daha fazla zarar veren koşullara yol açmıştır. 2020 tarihli bir çalışma, dünyanın kıyı alanlarının yaklaşık %26’sının bu yüzyılın sonuna kadar sular altına gömüleceğini göstermektedir. Bu sorunu ele almak için, iki temel strateji denenmiştir: deniz duvarları gibi koruyucu yapılar inşa etmek veya yaygın olarak kumdan oluşan deniz alt tabakalarını güçlendirmek için zemine bentonit enjekte etmek. Ancak, bu stratejilerin birkaç dezavantajı mevcuttur. Bu geleneksel yaklaşımlar sadece aşırı pahalı olmakla kalmıyor, aynı zamanda uzun ömürlü de değiller.
Araştırmada yer alan Loria, bu bilgiler dışında, diğer deniz duvarlarının da erozyona karşı hassas olduğunu belirtti. ”Zamanla, bu duvarların altındaki kum aşınacak ve sonunda duvarların çökmesine sebep olacaktır.” dedi. Genellikle, bunu kumun olduğu yerde tutulmasını sağlayan yapılar mil başına birkaç milyon dolara mal olan büyük kayalardan oluşur. Ancak, altlarındaki kum sıvılaşma nedeniyle yumuşayabilir. Birçok çevresel stres faktöründen kaynaklı, bu büyük kayalar altlarındaki zemin tarafından yutulabilir. Çimento ve diğer bağlayıcıların zemine enjekte edilmesiyle ilgili birkaç geri döndürülemez çevresel dezavantaj vardır. Ek olarak, bu enjeksiyon genellikle yüksek basınç ve önemli miktarda bağlanmış enerji gerektirir.
İyonları yapıştırıcıya dönüştürmek
Bu sorunların üstesinden gelmek için Rotta Loria’nın ekibi mercanlardan ve yumuşakçalardan ilham alan daha basit bir yöntem geliştirdi. Deniz suyu doğal olarak çözünmüş çok sayıda iyon ve mineralden oluşması durumu, sudan düşük voltajlı bir elektrik akımı (2 ila 3 V) geçirildiğinde kimyasal reaksiyonlar başlatır. Bu, bileşenlerin bir kısmını yumuşakçalar gibi hayvanların kabuklarını oluşturmak için kullandıkları mineral olan katı kalsiyum karbonata dönüştürür. Benzer şekilde, biraz daha yüksek bir voltajla (4 volt), bu bileşenler, öncelikle magnezyum oksitten oluşan ve çeşitli kayalarda yaygın olan bir mineral olan hidromagnezite dönüştürülebilir.
Bu mineraller kumla birleştirildiğinde, kum parçacıklarını birbirine bağlayan tutkal görevi görürler. Laboratuvarda, bu işlem sıradan silika ve kalsiyum bazlı kumların yanı sıra volkanik adaların yakınında bulunan demir bazlı kumlar da dahil olmak üzere her türlü kumda başarılı oldu. Loria Rotta’ya göre işlemden sonra kum, gözenekli ve yapışkan olmak yerine taş ve hareketsiz bir görünüme ulaşmıştır. Mineraller betondan çok daha güçlüdür, bu da bir deniz duvarı kadar güçlü ve uzun ömürlü bir kumla sonuçlanır.
Mineraller mevcut uygulamadan hemen sonra ortaya çıkar, ancak daha uzun elektrik sinyallerinin daha önemli bir etkisi vardır. Loria, birkaç günlük uyarımdan gelen olağanüstü sonuçlar elde edildiğini söyledi. Daha sonra işlenen kum, ek müdahale olmadan yerinde kalmalıdır.
Çevre dostu ve geri dönüşümlü
Rotta Loria, işlenen kumun yine de uzun bir ömre sahip olacağına ve bunun kıyı şeritlerini ve şeritte yer alan mülkleri önümüzdeki yıllar boyunca koruyacağına inanıyor. Ayrıca Rotta Loria, petrolün deniz yaşamı üzerindeki olumsuz etkileri konusunda endişelenmeye gerek olmadığını belirtiyor. İşlem sırasında kullanılan voltaj seviyelerinin düşüklük düzeyi insanların bu işlemin farkına varamayacağı düzeydedir. Diğer bilim insanları, deniz altı yapılarını güçlendirmek ve hatta mercan resiflerini yeniden inşa etmek için benzer yöntemler kullandılar. Bu senaryoların hiçbirinde deniz hayvanları olumsuz etkilenmedi. Bu şeritte yer alan insanlar sertleştirilmiş kumu reddetmeyi seçerse, Loria’nın çözümü onlar için uygulanabilir bir seçenektir, çünkü prosedür tamamen geri döndürülebilirdir. Pilin anot ve katot elektrotları değiştirildiğinde, mineralleri çözen elektrik anoda aktarılır ve bu da işlemin tersine dönmesine neden olur.
Rekabetçi fiyatlandırma ve sayısız uygulama
Prosedür, geleneksel yöntemlere kıyasla bütçe dostudur. Loria’nın ekibi, rakamları analiz ettikten sonra, işlemin elektrikle çimentolanmış küçük ila orta büyüklükteki toprak kütleleri için maliyet açısından (3-6 $) etkili olduğunu tahmin etti. Kumu bağlamak ve güçlendirmek için bağlayıcılar kullanan daha yaygın, benzer yöntemler, kum hacmi başına 70 $’a kadar mal oluyor.
Rotta Loria laboratuvarındaki araştırma, yöntemin beton takviyeli plastikten yapılmış hasarlı yapıları da onarabileceğini gösteriyor. Mevcut kıyı yapılarının çoğu, deniz seviyesinin yükselmesi, erozyon ve aşırı hava koşullarının karmaşık etkilerinden dolayı çelikle güçlendirilmiş betondan oluşuyor. Bu yapılar hasar görürse, yeni metodoloji altyapının tamamen yeniden oluşturulmasını gerektirmiyor. Bunun yerine, tek bir elektrik şoku potansiyel olarak ölümcül kusurları onarabilir.
Loria Rotta’ya göre bu yaklaşımın kullanımları sınırsız. Bunu deniz duvarının altındaki deniz tabanını güçlendirmek veya kumunu stabilize etmek ve toprağın dengesizliğini korumak için kullanabiliriz. Ayrıca erozyona, deniz temellerine ve diğer çabalara karşı koruma sağlayan yapıları güçlendirmek için de kullanabiliriz. Bunu kıyı alanlarını korumak için uygulamak için birçok yöntem mevcuttur. Ayrıca, Rotta Loria ekibi yöntemi laboratuvar dışında ve sahilde değerlendirmeyi amaçlıyor.
Kaynaklar
- https://phys.org/news/2024-08-coastal-erosion-electricity.html
- Landivar Macias, A., Jacobsen, S. D., & Rotta Loria, A. F. (2024). Electrodeposition of calcareous cement from seawater in marine silica sands. Communications Earth & Environment, 5(1), 442.
Dücane Özdemir