Su, Su, Her Taraf Su

    ...ama içmek için bir damla bile yok. Eskiçağ denizcilerinin bu şikayeti, yağışların evlerde kullanmak için yeterli su kaynağı sağladığı ve fazlasının alkollü içki üretiminde kullanıldığı Britanya için geçerli olmasa da, dünyanın diğer bölgelerinde hâlâ epeyce yüksek sesle dile getiriliyor.
    Eskiçağda şehirler, kullanılabilir bir su kaynağının bulunduğu yerlerde kuruluyordu. Artık daha ustaca planlanıyorlar ve çoğunlukla su kaynaklarının uzağında kuruluyorlar, Belki de suyu taşımak insanları taşımaktan daha kolay, ancak su gereksinimimiz hızla artıyor ve su sıkıntısı günümüzde, dünyanın pek çok bölgesinde ekonomik büyümeyi sınırlayan en önemli etken.

    Dünya yüzeyinin büyük kısmını kaplayan su ne yazık ki içilemiyor. Küçük bir hayvan (bir çöl faresi) ile yapılan bir deneyde, hayvan deniz suyu içmek zorunda bırakılmış ve zarar görmeden hayatta kalmıştı. Oysa insan bunu başaramaz. Birazcık deniz suyu içmek sağlığa zarar vermeyebilir, ancak sürekli deniz suyu içen biri kısa sürede su kaybından ölür. Böbrekler böyle yoğun bir çözelti ile baş edemez. İdrarı seyrelterek vücuttan atılabilecek duruma getirmek için, vücudun diğer organlarından su alınması gerekir.

    Deniz suyunun arıtılması kuramsal olarak çok da zor değildir, ancak uygulamada sınırlı bir başarı elde edilmiştir. Suyun tuzdan arındırılması için belli bir miktarda enerji gerekir. Bu enerji, deniz suyundaki tuzların erime ısısından az olmamalıdır. Normal tuz (veya başka herhangi bir madde) suyun içinde eridiğinde, dışarıya küçük miktarda bir ısı verilir. Ne yapılırsa yapılsın, aynı miktarda ısı geri verilmeden tuzu sudan ayırmak olanaklı değildir. Deniz suyu için erime ısısı, gram başına bir kalorinin yaklaşık üçte ikisidir. (Burada kalori, bir gram suyun ısısını bir santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarı anlamındadır. Bin kat daha büyük olan, besinlerin kalori değeri ile karıştırılmamalıdır.) Deniz suyu bu kadar enerji harcanarak arıtılabilseydi sorun kolayca çözümlenirdi. Ne yazık ki uygulamada, bu işi çok daha fazla enerji kullanmadan yapmanın etkili bir yolu yok.
    Deniz suyunu arıtmanın yollarından biri damıtmak, yani kaynatmak ve yabancı maddelerden arınan buharı yoğunlaştırarak sal su elde etmektir. Yaklaşık 400 yıl önce, Sir Richard Hawkins, Amerika kıtasına yaptığı yolculuk sırasında içme suyu sağlamak için, acemice yapılmış bir imbik kullanmıştı. Buhar çağına gelindiğinde gemi mühendisleri daha gelişmiş cihazlar yapmaya başladılar. Günümüzün büyük gemilerinde de genellikle damıtma donanımı bulunur.
    Suyu buharlaştırmak için büyük miktarda enerji (bir gram su için yaklaşık 540 kalori) gerekir ve büyük çaplı kullanım için damıtma işleminin çok pahalı olduğu söylenebilir. Bununla birlikte, deniz suyunu buharlaştırmada harcanan ısının büyük bölümü, buhar yoğunlaşırken geri alınır. Dolayısıyla, daha az enerji tüketen bir damıtma cihazı tasarlamak olanaklı olabilir.
    Bu konuda en başarılı örnek, büyük ölçüde East Kilbride'daki (İskoçyada bir kent) Woir Westgarth Limited'in ve Glasgow Üniversitesi profesörlerinden R.S. Silver'ın çabaları ile geliştirilen, çok aşamalı, ani etkili damıtma yöntemidir. Bu yöntemde deniz suyu ısıtılır ve alçak basınç altında tutulan büyük bir kaba aktarılır. Suyun bir kısmı buharlaşır ve kabın üst kısmına yerleştirilmiş boruların üzerinde yoğunlaşır. Yoğunlaşma sonucu elde edilen saf su buradan bir toplama hunisine damlar.
    Buharın yoğunlaşması ile ortaya çıkan buharlaşma gizli ısısı, boruların içinden cihazın giriş ucuna akan deniz suyu taralından soğurulur. İlk kapla kalan deniz suyu, yine alçak basınç altında tutulan ve yeni bir buharlaşma işleminin gerçekleştiği ikinci bir Kaba aktarılır. Bu ikinci kapla da tatlı su üretilir ve denizden gelen suyun ısıtılmasına kalkıda bulunulur. Bu işlem defalarca tekrarlanır. Arıtma işlemine tabi tutulan deniz suyu gittikçe soğur, ancak bu sudan alınan ısının büyük kısmı yeni giren suya aktarılır. Böylece cihaza giren suya, ilk buharlaşma aşamasının öncesinde yalnızca küçük bir miktarda ek ısı verilmesi gerekir.
    Bu tür bir cihaz, gram başına 60 kalori hatta daha bile az bir enerji tüketimi ile su üretir. Gereken ısı bir nükleer reaktörden, elektrik üretiminin yan ürünü olarak sağlanırsa bu işlem (her şeye rağmen kuramsal olarak) daha çekici hale getirilebilir. Bu, susuz ülkeler için de çok uygun bir seçenek olabilir.
    Bazı bitkilerden teselli ve ilham damıtmasının yanı sıra, deniz suyunu daha içilebilir bir hale getirmesi ile imbik, teknolojinin övgüye değer başarılarından birdir. Diğer bir yöntem de kaynatmak yerine basınç uygulayarak tuzu ayırmaktır. Uygun bir maddeden (örneğin bir hayvanın idrar kesesinden) yapılma bir zar bir kabın içine gerilir ve zarın bir tarafı tuzlu suyla diğer tarafı da tatlı suyla doldurulursa, tatlı suyun bir kısmı zarın içinden geçerek çözeltiye karışır. Kimyacılar bu olguyu, suyu çözeltinin içine iten bir geçişme (ozmos) basıncı ile açıklar. Bu deneyin başarılı olması için zarın yarı geçirgen olması gerekir. Saf suyun belli bir yönde akmasına izin vermeli, ancak çözünmüş tuzların ters yönde geçmesine engel olmalıdır.
    Peki, işlemi tersine çevirmek, yani deniz suyuna basınç uygulayarak suyun uygun bir zarın içinden diğer tarafa geçmesini sağlamak olanaklı mı? Bu olasılık yaklaşık 20 yıl önce, selüloz asetatın (saydam, yapay bir madde) deniz suyu tuzları için yarı geçirgen olduğu bulunduğunda, ciddi bir biçimde araştırılmaya başlandı.
    İlk denemeler çok başarılı değildi, çünkü işe yarar bir akış hızı için gereken basınç uygulandığında zar parçalanıyordu. 1960 yılına gelindiğinde, gelişmiş zarlar kullanılmaya başlandı ve uygun bir tatlı su akış hızı elde etmek için gerekli olan yüksek basınçlara (santimetrekareye yaklaşık 80 kilogram) dayanması için yöntemler geliştirildi.
    Ters geçişme (işlem bu adla anılıyor) işleminde kullanılan tek makine, deniz suyunu gereken basınca çıkaran bir pompa olduğundan, çok fazla enerji harcamadan tatlı su üretebilmesi gerekir. Tahmini enerji tüketimi gram başına altı kaloridir. Bu enerjinin, oldukça düşük bir verimle elde edilen elektrik enerjisi biçiminde alınması gerektiğinden; ters geçişme yöntemi uygulamada, bir nükleer reaktörün atık ısısını kullanan çok aşamalı, ani etkili damıtma işleminden daha ekonomik olmayabilir.
    Kuramsal olarak, deniz suyunu dondurarak tuzu sudan ayırmak, kaynatarak ayırmak kadar kolay olmalıdır. Aslında, bu kurama dayanan yaratıcı bir yöntem de geliştirildi. Bu yöntemde, tuzlu su, hava basıncının çok düşük bir düzeyde tutulduğu bir tankın içine püskürtülür. Suyun bir bölümü, (düşük basınç nedeniyle) buharlaşırken püskürtülen suyun geri kalanından ısı alır. Böylece, ısı veren su kısmen buza dönüşür. Bu yolla oluşan buz kristalleri herhangi bir çözünmüş tuz içermez ve tatlı su ile "yıkandıktan" sonra saf su elde etmek için eritilebilir.
    İstenmeyen tuzların elektroliz yoluyla sudan ayrıştırıldığı elektrodiyaliz yöntemi ile de başarılı sonuçlar elde edildi. Sodyum klorür (sofra tuzu) deniz suyunda elektriksel olarak yüklü atomlar yani iyonlar halinde bulunur. Sodyum klorürdeki sodyum (artı yüklü) ve klor (eksi yüklü) iyonlarının miktarı birbirine eşittir.
    Bir tuz çözeltisi, bir elektrik kaynağının zıt uçlarına bağlı iki elektrotun (diğer bir deyişle metalden veya karbondan yapılma iki çubuğun) bulunduğu bir kaba koyulursa, artı yüklü sodyum iyonları eksi elektrota, eksi yüklü klor iyonları da artı elektrota doğru hareket eder. Eksi elektrotun önüne artı yüklü iyonlar için yarı geçirgen bir zar, artı elekrotun önüne de eksi yüklü iyonlar için yarı geçirgen bir zar yerleştirdiğimizi farz edelim. Sodyum ve klor iyonları zarların içinden geçer ve iki zarın arasında çok geçmeden hiç tuz içermeyen saf su kalır. Uygulamada bu işlem çok daha karmaşıktır, çünkü (uygun bir maliyet için) çok sayıda zar kullanmak gerekir, ancak çalışma ilkesi değişmez.
    Su ne kadar değerli? Britanya'da insanlar bol su kullanmaya alışıklar ve binlerce galon (bir galon yaklaşık 4,5 litre) su için neredeyse yalnızca penilerle (bir peni sterlinin yüzde biridir) ifade edilen bir ücret ödüyorlar. Bu mükemmel düzen karmaşık bir nükleer damıtma yöntemi ile sağlanıyor. Güneşin nükleer enerjisi, deniz suyunu buharlaştırıyor ve arıtılmış bir halde, yağmur olarak geri veriyor, insan yapımı projeler, kendiliğinden gerçekleşen bu işlemle mali açıdan boy ölçüşemez ve böyle projelerin başarısı da ürünün maliyetine bağlıdır.
    Kuveyt'e kamyonlarla su taşınmasının ve galonu yaklaşık on peniye satılmasının üzerinden henüz çok zaman geçmedi. 1970'e gelindiğinde, 1000 galon için 1 sterlinin altında bir maliyetle, günde yaklaşık 20 milyon galon su sağlayan damıtma tesisleri kuruldu. Bu, Kuveyt ve diğer bazı Ortadoğu ülkeleri için kabul edilebilir bir ücrettir. Ancak yine de, büyük çaplı endüstriyel ve evsel kullanım için bir hayli yüksektir. Çok pahalı olduğu halde alıcı bulan özel tarımsal ürünler dışında, tarımsal kullanım içinse hiç uygun değildir.
    Nükleer enerji ve su teknolojisi çölleri yemyeşil yapamaz. Sorun, doğanın cömertçe sunduğu pek çok şey gibi suyun da çok dengesiz bir biçimde dağılmış olması. Ancak bu zamana dek kimse, Tanrı'nın çabalarını önemli ölçüde geliştirecek gerçekçi görüşler ortaya koyamadı.