Nanoteknoloji, bir metreden bir milyar kat daha küçük olan nano ölçekte çalışan bilim ve teknolojik icatlar için geniş bir terimdir ve bir nanometre yaklaşık üç atom uzunluğundadır. Fizik yasaların göre nano ölçek farklı ve tanıdık malzemelerde kullanıldığında, beklenmedik şekillerde yeni özellikler kazanabilirler. Örneğin, alüminyum sodayı ambalajlamak ve yiyecekleri kaplamak için güvenle kullanılır, ancak nano ölçekte patlayıcı bir özellik kazanabilir.
Günümüzde nanoteknoloji tıpta, tarımda ve teknolojide kullanılmaktadır. Tıpta, tedavi için insan vücudunun belirli bölgelerine ilaç vermek için nano boyutlu parçacıklar kullanılır. Tarım, diğer iyileştirmelerin yanı sıra, bitki genomunu hastalıklara karşı dirençli kılmak için modifiye etmek için nano partikülleri kullanır. Ancak nano ölçekte mevcut olan farklı fiziksel özellikleri, daha büyük çevre için potansiyel sonuçların bir karışımı ile küçük, güçlü buluşlar yaratmak ve uygulamak için belki de en çok üretim yapan teknoloji alanıdır.
Nanoteknolojinin Çevresel Artıları ve Eksileri
Birçok çevresel alan, son yıllarda nanoteknoloji sayesinde ilerlemeler kaydetmiştir, ancak bilim henüz tam olarak eksiksiz değildir. Elbette nanoteknolojinin çevresel artıları ve eksileri vardır, bu artılar ve eksiler aşağıdaki gibidir:
Su kalitesi
Nanoteknoloji, düşük su kalitesine çözüm sağlama potansiyeline sahiptir. Su kıtlığının sadece önümüzdeki yıllarda artması beklenirken, dünya çapında mevcut olan temiz su miktarını artırmak elzemdir. Çinko oksit, titanyum dioksit ve tungsten oksit gibi nano boyutlu malzemeler zararlı kirleticilere bağlanarak onları etkisiz hale getirebilir. Hâlihazırda, tehlikeli maddeleri nötralize edebilen nanoteknoloji, dünya çapında atık su arıtma tesislerinde kullanılmaktadır.
Nano boyutlu molibden disülfür parçacıkları, geleneksel tuzdan arındırma yöntemlerinin beşte biri kadar enerjiyle sudan tuzu uzaklaştıran zarlar oluşturmak için kullanılabilir. Bilim adamları bir petrol sızıntısı durumunda, petrolü seçici olarak emebilen nano kumaşlar geliştirmişlerdir. Bununla birlikte, bu yenilikler dünyanın çok kirli su yollarının çoğunu iyileştirme potansiyeline sahiptir.
Hava kalitesi
Nanoteknoloji, endüstriyel faaliyetler tarafından kirleticilerin salınması nedeniyle her yıl dünya çapında kötüleşmeye devam eden hava kalitesini iyileştirmek için de kullanılabilir. Bununla birlikte, küçük, tehlikeli parçacıkların havadan uzaklaştırılması teknolojik olarak zordur. Nanopartiküller, ağır metal iyonları ve radyoaktif elementler gibi havadaki küçük, zararlı kirleticileri tespit edebilen hassas sensörler oluşturmak için kullanılır. Bu sensörlere bir örnek, tek duvarlı nanotüpler veya SWNT’lerdir. Yalnızca aşırı yüksek sıcaklıklarda çalışan geleneksel sensörlerin aksine, SWNT’ler oda sıcaklığında nitrojen dioksit ve amonyak gazlarını algılayabilir. Diğer sensörler, nano boyutlu altın veya manganez oksit parçacıkları kullanarak zehirli gazları bölgeden uzaklaştırabilir.
Sera gazı emisyonları
Sera gazı emisyonlarını azaltmak için çeşitli nanopartiküller geliştirilmektedir. Yakıta nanopartiküllerin eklenmesi, fosil yakıt kullanımından kaynaklanan sera gazı üretim oranını azaltarak yakıt verimliliğini artırabilir. Karbondioksiti seçici olarak yakalamak için nanoteknolojinin diğer uygulamaları geliştirilmektedir.
Nanoteknoloji ve Çevre
Nanoteknolojik ürünleri süreçlerin ve uygulamaların, hammadde, enerji ve su tasarrufu sağlamanın yanı sıra sera gazlarını ve tehlikeli atıkları azaltarak çevre ve iklim korumasına önemli ölçüde katkıda bulunması beklenmektedir. Nanomalzemelerin kullanılması bu nedenle belirli çevresel faydalar ve sürdürülebilirlik etkileri bulunur. Bununla birlikte, nanoteknolojinib ister araştırma ister pratik uygulamalarda olsun, çevrenin korunmasında oldukça ikincil bir rol oynadığına dikkat edilmelidir. Çevre mühendisliği şirketleri kendi alanlarında nanoteknolojiye yalnızca sınırlı bir önem vermektedir.
Potansiyel Çevresel Faydaları
Tüketicilerin artan çevre bilinciyle birleştiğinde artan hammadde ve enerji fiyatları, çevre ve iklim koruması için belirli avantajlar vaat eden pazardaki ürün yelpazesinden sorumludur. Nanomalzemeler bu ürünleri yeni, çevre dostu ürünler için ilginç kılan özel fiziksel ve kimyasal özellikler sergiler. Örneğin, bir ürünün kullanım ömrünün artmasına yardımcı olarak malzemelerin mekanik strese veya hava koşullarına karşı artan dayanıklılığı, temizlik çabalarını azaltmak için nanoteknoloji bazlı kire ve suya dayanıklı kaplamalar vardır. Ayrıca binaların enerji verimliliğini artırmak için yeni yalıtım malzemeleri ve taşıma sırasında ağırlığı azaltmak ve enerji tasarrufu sağlamak için bir malzemeye nanopartiküller eklenebilir.
Kimya sanayi sektöründe nanomalzemeler, enerji ve kaynak verimliliğini artırmak için özel katalitik özelliklerine dayalı olarak uygulanır ve nanomalzemeler, belirli uygulama alanlarında çevresel olarak sorunlu kimyasalların yerini alabilir. Enerji üretimi ve depolanması için nanoteknolojik olarak optimize edilmiş ürün ve süreçlere ihtiyaç duyulur. Bunlar günümüzde geliştirme aşamasındadır, iklimin korunmasına ve gelecekte enerji sorunlarının çözülmesine önemli ölçüde katkıda bulunmaları planlanmaktadır. Piyasada bulunan çoğu nano-tüketici ürününde, çevrenin korunması birincil hedef değildir. Ne ter kokusuyla mücadele etmek için nanogümüş içeren tekstiller ne de özellikle karbon nanotüplü stabil golf kulüpleri çevreyi korumaya yardımcı olur.
Üreticiler genellikle ilgili kanıtları sunmadan bu tür avantajlar vaat ederler, örneğin kendi kendini temizleyen yüzey kaplamaları veya leke korumalı tekstiller yer alır ve bunların temizleme çabasını azalttığı ve dolayısıyla enerji, su ve temizlik maddelerinden tasarruf edildiği söylenir. Genellikle nanoteknolojinin bizi nereye götüreceğinin sürdürülebilir potansiyeline vurgu yapılırken, bununla birlikte, bu genellikle doğrulanmamış beklentileri yansıtır. Bir ürünün çevre üzerindeki hem olumlu hem de olumsuz etkilerinin belirlenmesi, hammaddenin üretiminden yaşam döngüsünün sonunda imha edilmesine kadar tüm yaşam döngüsünün incelenmesini gerektirir. Kural olarak çevresel faydaların açıklamaları, ürünlerin üretiminde tüketilen kaynak ve enerji miktarını dikkate almaz.
Çevreye Fayda Sağlayan Nanoteknoloji Uygulamalarının Spesifik Örnekleri
Nanoteknoloji, pil geri dönüşümünü ekonomik olarak çekici hale getirebilir
Pillerin çoğu hala cıva, kurşun, kadmiyum ve nikel gibi çevreyi kirletebilen ve piller uygun olmayan şekilde atıldığında insan sağlığı için potansiyel bir tehdit oluşturan ağır metaller içerir. Çöplüklerdeki milyarlarca pil sadece çevresel bir sorun oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda potansiyel ve ucuz bir hammaddenin tamamen israfıdır. Kullanılmış lityum iyon pillerden elde edilen kullanılmış katot parçacıkları geri dönüştürülür ve yeniden üretilir. Araştırmacılar, kullanılmış Zn-MnO 2 pil alkalin pillerden saf çinko oksit nanoparçacıklarını kurtarmayı başarmışlardır.
Suda radyoaktif atık temizliği için nanomalzemeler
Bilim adamları, radyoaktif atık temizliği için nanoteknoloji çözümü, özellikle de radyoaktif iyonların sudan uzaklaştırılması için emici olarak titanat nano liflerinin kullanımı üzerinde çalışmaktadırlar. Araştırmacılar ayrıca, titanat nanotüplerin ve nanoliflerin benzersiz yapısal özelliklerinin, onları sudaki radyoaktif sezyum ve iyot iyonlarının uzaklaştırılması için üstün malzemeler haline getirdiğini bildirmiştir.
Petrol sızıntıları için nanoteknoloji tabanlı çözümler
Büyük petrol sızıntıları sorununu çözmek için geleneksel temizleme teknikleri yeterli değildir. Son yıllarda nanoteknoloji, dünyanın öne çıkan sorunlarının çoğuna yeni çözümler için potansiyel bir kaynak olarak ortaya çıkmıştır. Petrol sızıntısının temizlenmesi için nanoteknolojinin uygulanması henüz başlangıç aşamasında olmasına rağmen, gelecek için büyük umutlar sunmaktadır. Son birkaç yılda, nanomalzemeler kullanarak petrol sızıntılarını temizlemek için uygun çözümler bulmanın yollarını keşfetmeye dünya çapında özellikle artan bir ilgi vardır.
Su uygulamaları
Su uygulamalarında nanoteknolojinin potansiyel etki alanları üç kategoriye ayrılmıştır. Bunlar tedavi ve iyileştirme, algılama ve tespit ile kirliliğin önlenmesi ve tuzdan arındırma teknolojilerinin geliştirilmesi, bunun kilit alanlarından biridir. Nanoteknoloji tabanlı su arıtma cihazları, örneğin iyon konsantrasyonu polarizasyon fenomenini kullanarak tuzdan arındırma alanını dönüştürme potansiyeline sahiptir. Kullanılmış lityum iyon pillerden elde edilen kullanılmış katot parçacıkları geri dönüştürülür ve yeniden üretilir
Acı suyu arıtmanın nispeten yeni bir başka yöntemi de kapasitif deiyonizasyon (CDI) teknolojisidir. CDI’nin avantajları, ikincil kirliliği olmaması, uygun maliyetli ve enerji verimli olmasıdır. Nanoteknoloji araştırmacıları, kapasitif deiyonizasyon için elektrot olarak grafen benzeri nano pulları kullanan bir CDI uygulaması geliştirmişlerdir. Ayrıca geleneksel olarak kullanılan aktif karbon malzemelere göre grafen elektrotlarının daha iyi bir CDI performansı ile çalıştığı tespit edilmiştir.
Karbondioksit yakalama
CO 2, Karbondioksit Yakalama ve Depolama (CCS) şemalarında depolanmadan önce, yanma veya endüstriyel işlemlerden kaynaklanan diğer atık gazlardan ayrılmalıdır. Bu tür filtreleme için kullanılan en güncel yöntemler pahalıdır ve kimyasalların kullanılmasını gerektirir. Nano ölçekli ince membranlar üretmek için nanoteknoloji teknikleri, bunu değiştirebilecek yeni membran teknolojisine yeni bir yol açabilir.
Güneş ışığından hidrojen üretimi – yapay fotosentez
Hidrojenle çalışan teknolojiler geliştiren şirketler, kendilerini dünyayı kurtaracak çevre dostu teknolojinin yeşil ışığına sarmayı severler. Hidrojen yakıtı gerçekten de temiz bir enerji taşıyıcısı olsa da, bu hidrojenin kaynağı genellikle olabildiğince kirlidir. Sorun şu ki, hidrojen elde etmek için kuyu kazılamaz, ancak hidrojen üretilmelidir ve bu, çeşitli kaynaklar kullanılarak yapılabilir. En kirli yöntem, en azından yüksek verimli karbon yakalama ve ayırma teknolojileri geliştirilinceye kadar kömürün gazlaştırılmasıdır. Açık ara en temizi yenilenebilir enerji elektrolizidir, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için rüzgar, güneş, jeo ve hidrotermal güç gibi yenilenebilir enerji teknolojilerini kullanmak gerekir.
Hidrojen ve oksijen üreten suyu ayırmak için güneş enerjisini kullanan yapay fotosentez, güneş ışığı kadar dayanıklı, temiz ve taşınabilir bir enerji kaynağı sunabilir. Negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlarla birlikte tek bir su molekülünü oksijene parçalamak yaklaşık 2,5 volt alır. Elektrik gücünü sağlayan, bu zıt yüklü elektron ve protonların su moleküllerinden çıkarılması ve ayrılmasıdır. Nano ölçekte çalışan araştırmacılar, ucuz ve çevreye zarar vermeyen bir inorganik ışık elde eden nanokristal dizisinin, fotoelektrokimyasal hidrojen üretimi için ucuz ve kararlı bir sistem üretmek için bol miktarda element içeren düşük maliyetli bir elektrokatalizör ile birleştirilebileceğini göstermiştir.
Nanomalzeme Toksisitesi
Nanomalzemeler etkili olmakla birlikte, istemeden yeni toksik ürünler oluşturma potansiyeline sahiptir. Nanomalzemelerin son derece küçük boyutu, nanoparçacıkların lenf, kan ve hatta kemik iliğine geçmesine izin vererek, aksi takdirde aşılmaz bariyerlerden geçmelerini mümkün kılar. Nanopartiküllerin hücresel süreçlere benzersiz erişimi göz önüne alındığında, toksik nanomalzeme kaynaklarının kazara üretilmesi durumunda nanoteknoloji uygulamaları çevreye geniş çapta zarar verme potansiyeline sahiptir. Nanopartiküller büyük ölçeklerde kullanılmadan önce potansiyel toksisite kaynaklarının keşfedilmesini sağlamak için nanopartiküllerin titiz bir şekilde test edilmesi gerekmektedir.
Nanoteknoloji Yönetmeliği
Toksik nanomalzeme bulguları nedeniyle, nanoteknoloji araştırmalarının güvenli ve verimli bir şekilde yürütülmesini sağlamak için düzenlemeler yapılmıştır.
Toksik Maddeler Kontrol Yasası
Toksik Maddeler Kontrol Kanunu veya TSCA, ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) kimyasal maddelerin kullanımına raporlama, kayıt tutma, test etme ve kısıtlamaları gerektiren yetki veren 1976 ABD kanunudur. Örneğin, TSCA kapsamında EPA, kurşun ve asbest gibi insan sağlığını tehdit ettiği bilinen kimyasalların test edilmesini gerektirir.
Nanomalzemeler ayrıca TSCA kapsamında kimyasal maddeler olarak düzenlenmektedir . Bununla birlikte, EPA, nanoteknoloji üzerindeki yetkisini daha yeni yeni ortaya koymaya başlamıştır. 2017’de EPA, 2014 ve 2017 yılları arasında nanomateryalleri üreten veya işleyen tüm şirketlerin EPA’ya kullanılan nanoteknolojinin türü ve miktarı hakkında bilgi vermesini istemiştir. Bugün, tüm yeni nanoteknoloji biçimleri, pazara girmeden önce gözden geçirilmek üzere EPA’ya sunulmalıdır. EPA bu bilgiyi nanoteknolojinin potansiyel çevresel etkilerini değerlendirmek ve nanomalzemelerin çevreye salınımını düzenlemek için kullanır.
Kanada-ABD Düzenleyici İşbirliği Konseyi Nanoteknoloji Girişimi
2011 yılında Kanada-ABD Düzenleyici Kooperatif Konseyi veya RCC, iki ülkenin nanoteknoloji dahil olmak üzere çeşitli alanlarda düzenleyici yaklaşımını uyumlu hale getirmeye yardımcı olmak için kurulmuştur. RCC’nin Nanoteknoloji Girişimi aracılığıyla ABD ve Kanada, iki ülke arasında nanoteknoloji için süregelen düzenleyici koordinasyon ve bilgi paylaşımını oluşturan bir Nanoteknoloji Çalışma Planı geliştirmiştir.
Çalışma alanının bir kısmı, çevreye fayda sağladığı bilinen nanoteknoloji uygulamaları ve çevresel sonuçları olduğu tespit edilen nanoteknoloji biçimleri gibi nanoteknolojinin çevresel etkileri hakkında bilgi paylaşımını içerir. Nanoteknolojinin koordineli araştırma ve uygulaması, nanoteknolojinin güvenli bir şekilde kullanılmasını sağlamaya yardımcı olur.
Kaynakça:
azonano.com/article.aspx?ArticleID
pubs.acs.org/doi/es0515708
ncbi.nlm.nih.gov/NBK21027/
wikipedia.org/wiki/Impact_of_nanotechnology
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu