Okyanus ve deniz sularındaki magnezyum, lityum ve diğer kritik mineralleri verimli şekilde elde etmenin yollarını araştıran bilim insanları, okyanus suyunun yalnızca yüzde 0,1’inde bulunan kritik minerallerin tam olarak çıkarılabilmesi hâlinde insanlığın 50 bin yıllık ihtiyacının karşılanabileceğinin altını çiziyor.

Deniz suyundaki magnezyum, lityum ve nikel gibi kritik mineralleri verimli şekilde çıkarmak için yeni yöntemler geliştiriliyor. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları, deniz suyunu ve deniz suyundan üretilen kimyasalları kullanarak modern teknolojiler için gerekli malzemeleri çıkarmayı hedefliyor. Çalışmalar, ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Hidroelektrik ve Hidrokinetik Ofisi’nin desteğiyle yürütülüyor. Madencilik denildiğinde çoğu zaman dağlar, ağır makineler ve kaya yığınları akla geliyor. Ancak deniz suyu da uzun süredir önemli bir mineral kaynağı olarak görülüyor. ABD, II. Dünya Savaşı sırasında deniz suyundan magnezyum elde etmeye başlamış ve bu yöntemi yaklaşık 50 yıl boyunca kullanmıştı. Ülke daha sonra 1990’ların sonunda ithalata yöneldi.

Bugün araştırmacılar, yalnızca magnezyum değil, denizlerde çözünmüş hâlde bulunan lityum, nikel, platin grubu metaller ve nadir toprak elementleri gibi kritik minerallerin de çıkarılmasını inceliyor. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı’ndan kimyasal oşinograf Jessica Cross, deniz suyunun yalnızca yüzde 0,1’inde bulunan kritik minerallerin bile tam olarak çıkarılabilmesi hâlinde insanlığın elli bin yıllık ihtiyacını karşılayabilecek ölçekte olduğunu belirtiyor. Deniz suyundan mineral çıkarmanın önündeki temel zorluk, bu maddelerin çok düşük yoğunluklarda bulunması. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı’nda araştırmaları yöneten kimyager Chinmayee Subban, bu nedenle büyük miktarda deniz suyunun işlenmesi gerektiğini söylüyor. Örneğin olimpik ölçekte bir yüzme havuzunu dolduracak kadar deniz suyunda yaklaşık 2.980 kilogram magnezyum bulunabiliyor. Ancak aynı miktardaki suda nikel ve lityum çok daha düşük miktarlarda yer alıyor. Bu durum, teknolojinin ekonomik ve enerji açısından verimli hâle getirilmesini kritik kılıyor. Subban’a göre seyreklik sorunu aşılabilirse, kritik mineraller birçok kıyı bölgesinden elde edilebilir. Deniz suyunun dünya genelinde kimyasal bileşiminin görece benzer olması, geliştirilen teknolojilerin farklı bölgelerde uygulanmasını kolaylaştırabilir.

II. Dünya Savaşı sonrasında ABD’de deniz suyundan magnezyum üretimi, Dow Chemical tarafından yürütülen çok aşamalı bir süreçle yapılıyordu. Bu yöntemde deniz suyu kireçle karıştırılıyor, ardından çeşitli kimyasal işlemler ve elektroliz yoluyla magnezyum metali elde ediliyordu. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları ise bu süreci kısaltan yeni bir yöntem geliştirdi. Yeni sistemde deniz suyu ile sodyum hidroksit yan yana akıtılıyor. Bu iki sıvının temas ettiği bölgede yüksek saflıkta magnezyum hidroksit çökeliyor. Araştırmacılar bu aşamada magnezyum metaline kadar ilerlemek yerine, kendi başına ticari değeri bulunan magnezyum hidroksit üretimine odaklanıyor. Bu madde ABD’de büyük ölçüde ithal ediliyor. Laboratuvarın eş akışlı reaktör sistemi, Washington eyaletindeki Sequim deniz bilimleri laboratuvarında test edilmeye hazırlanıyor. Ekip ayrıca teknoloji için patent başvurusu yaptı.

Araştırmacılar, sistemin mevcut tuzdan arındırma tesisleriyle birlikte çalışabileceğini düşünüyor. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı’ndan çevre mühendisi Brooke Marten, Kaliforniya’daki Carlsbad tuzdan arındırma tesisini örnek gösteriyor. Bu tesis günde yaklaşık 108 milyon galon deniz suyu işliyor. Teorik olarak magnezyumun tamamı geri kazanılabilirse, günde 524 bin kilogram magnezyum hidroksit üretilebileceği hesaplanıyor. Bu miktar, ABD’nin mevcut magnezyum hidroksit kullanım hızının üç katından fazla. Magnezyum ayrıldıktan sonra geriye kalan deniz suyu ters ozmoz yöntemiyle tatlı suya dönüştürülebiliyor. Bu süreçte ortaya çıkan aşırı tuzlu sıvı ise başka işlemler için kullanılabiliyor. Deniz Suyundan Üretilen Asit Nikel Çıkarmada Kullanılıyor Kritik minerallerin çıkarılmasında yalnızca deniz suyundaki mineraller değil, deniz suyundan üretilen kimyasallar da önem taşıyor. Madencilikte bakır, çinko ya da nikel gibi elementleri kayalardan ayırmak için genellikle asitler kullanılıyor.

Chinmayee Subban ve ekibi, deniz suyundan elde edilen bir asidin nikel çıkarımında ticari hidroklorik asitten daha etkili olabileceğini gösterdi. Bu asit, bipolar membran elektrodiyalizi adı verilen bir sistemle üretiliyor. Başlangıçta bu yöntem, okyanus asitlenmesini yavaşlatmaya yardımcı olabilecek alkali deniz suyu üretmek amacıyla geliştirilmişti. Ancak süreçte ortaya çıkan asit de atık olarak bırakılmak yerine kullanılabilir bir ürüne dönüştürülebiliyor. Araştırmacılar, bu asidin olivin mineralinden nikel çıkarmada geleneksel asitlere göre yüzde 37 daha etkili olduğunu belirledi. Bir diğer yaklaşım ise deniz yosunlarını kullanmak. Kuzeybatı Pasifik Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları, bazı makroalglerin yani deniz yosunlarının deniz suyundaki kritik mineralleri dokularında biriktirdiğini tespit etti. Washington’daki Sequim Deniz Araştırmaları Laboratuvarı’ndan botanik araştırmacısı Scott Edmundson, bazı kritik materyallerin deniz yosunlarında çevredeki deniz suyuna göre milyon kat daha yüksek yoğunluklarda görülebildiğini belirtiyor. Ekip, hangi deniz yosunu türlerinin hangi mineralleri biriktirdiğini, bu bitkilerin mineral içeriğini artıracak şekilde nasıl yetiştirilebileceğini ve minerallerin nasıl çıkarılacağını araştırıyor. Ayrıca deniz yosunu biyokütlesinden kimyasallar, yakıtlar ve gübreler üretme olasılığı da inceleniyor. Böylece deniz yosunu temelli sistemler, yalnızca kritik mineral değil, ek ürünler de sağlayabilir.

Araştırmacılar, deniz suyundan mineral çıkarımının ekosistemler üzerindeki etkisini azaltmaya ve atık ürünleri yeniden kullanmaya odaklanıyor. Bipolar membran elektrodiyalizi sürecinden çıkan bazı yan ürünlerin deniz yosunlarının daha hızlı büyümesine yardımcı olabileceği de gösterildi. Bu durum, mineral çıkarımı, tuzdan arındırma, yosun yetiştiriciliği ve kimyasal üretimin bir arada çalışabileceği entegre sistemlerin kapısını aralıyor. Chinmayee Subban, hedeflerinin pompalanan her metreküp deniz suyundan en yüksek ekonomik değeri elde etmek ve bu suyu verimli, sorumlu biçimde kullanmak olduğunu söylüyor. Bilim insanlarına göre deniz suyundan kritik mineral çıkarma teknolojileri henüz büyük ölçekli ekonomik uygulanabilirlik aşamasına gelmiş değil. Ancak başarılı olmaları hâlinde, bataryalardan elektronik cihazlara ve araç parçalarına kadar modern yaşam için gerekli birçok malzemenin daha sürdürülebilir kaynaklardan elde edilmesi mümkün olabilir.