Musluk suyundan daha ucuza tatlı su üretebilen güneş enerjili tuzdan arındırma sistemi

 (news.mit.edu)
2 puan yazan GN⁺ 2023-09-29 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • MIT ve Çinli araştırmacılar, deniz suyunu içme suyuna dönüştüren güneş enerjisiyle çalışan pasif tuzdan arındırma cihazı ile mevcut tasarımlarda tekrarlanan tuz tıkanmasını önlemeyi hedefliyor
  • Yeni cihaz, denizdeki termohalin dolaşıma benzer girdap akışını küçük bir cihazın içinde oluşturuyor ve güneş ısısıyla suyu buharlaştırıp yoğunlaştırarak tatlı su elde ediyor
  • Geriye kalan tuz içeride birikmek yerine sürekli dolaşıp dışarı atılıyor; bu da test edilmekte olan diğer pasif güneş enerjili tuzdan arındırma konseptlerine göre daha yüksek su üretim oranı ve tuz giderim verimi sağlıyor
  • Küçük bir bavul boyutuna ölçeklendiğinde saatte yaklaşık 4~6 litre içme suyu üretebileceği ve değiştirilecek parça olmadan yıllarca çalışabileceği tahmin ediliyor
  • Elektrik kullanmayan tamamen pasif bir sistem olduğu için şebeke dışı kıyı bölgeleri ya da küçük hanelerin günlük içme suyu ihtiyacını hedefleyebilir

Yalnızca güneş enerjisiyle çalışan pasif tuzdan arındırma cihazı

  • MIT ve Çinli araştırmacılar, deniz suyunu içme suyuna dönüştüren tamamen pasif bir cihaz geliştirdi
  • Cihaz, doğal güneş ışığıyla tuzlu suyu ısıtıyor, suyu buharlaştırıyor ve ardından buharı yoğunlaştırarak içilebilir su topluyor
  • Araştırma sonuçları Joule dergisindeki Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection başlıklı makalede yayımlandı
  • Sistemin küçük bir bavul boyutuna ölçeklenmesi halinde saatte yaklaşık 4~6 litre içme suyu üretebileceği tahmin ediliyor
  • Bu ölçek ve performansta, güneş enerjisiyle üretilen su musluk suyundan daha ucuz hale gelebilir

Küçük bir kutuda hayata geçirilen termohalin dolaşım

  • Yeni sistem, okyanustaki termohalin dolaşımdan ilham alıyor
    • Okyanusta sıcaklık ve tuzluluk farkları suyun yoğunluğunu değiştirir ve bu fark küresel su akışlarını oluşturur
    • Deniz suyu havaya maruz kaldığında güneş ışığı suyu buharlaştırır, geride kalan tuz ise tuzluluğu artırarak daha ağır suyun aşağı doğru akmasına neden olur
  • Araştırmacılar bu olguyu küçük bir cihaz içinde taklit ederek tuzun dışarı atılması için kullandı
  • Güneş ısısı ve cihazın eğimi, su içinde bir girdap akışı oluşturuyor; bu akış suyu buharlaşma katmanına taşırken tuzun dibe çökmeden sürekli dolaşmasını sağlıyor

Önceki tasarımların sınırları ve bu kez yapılan iyileştirme

  • Araştırmacıların önceki tasarımı, çok aşamalı buharlaştırıcı ve yoğunlaştırıcı kullanıyordu
    • MIT binasının çatısında test edilen tasarım, güneş enerjisini suyun buharlaştırılmasında verimli biçimde kullanıyordu
    • Ancak geriye kalan tuz birkaç gün içinde kristalleşerek sistemde tıkanmaya yol açıyordu
    • Gerçek ortamda kullanıcıların aşamaları sık sık değiştirmesi gerekebileceğinden toplam maliyet önemli ölçüde artabilirdi
  • Sonraki tasarım, suyu ve geride kalan tuzu dolaştıran bir özellik ekleyerek tuz çökelmesini önledi
    • Ancak su arıtma hızı görece düşüktü
  • En yeni tasarım bu iki yaklaşımı birleştiriyor
    • Çok aşamalı buharlaştırıcı-yoğunlaştırıcı yapısını koruyor
    • Her aşama içinde su ve tuzun dolaşımını güçlendiriyor
    • Aynı anda hem yüksek su üretim oranını hem de yüksek tuz giderim verimini hedefliyor

Cihazın yapısı ve çalışma şekli

  • Temel birim, ince kutu biçiminde tek bir aşama
  • Üst kısımda güneş ısısını verimli biçimde emen koyu renkli bir malzeme bulunuyor
  • İç kısım üst ve alt bölgelere ayrılıyor
    • Üst bölgedeki buharlaşma katmanı, güneş ısısına doğrudan maruz kalan suyu ısıtıp buharlaştırıyor
    • Alt bölgedeki yoğunlaşma katmanı ise buharı havayla soğutarak yoğunlaştırıyor ve tuzsuz içme suyuna dönüştürüyor
  • Araştırmacılar tüm kutuyu büyük, boş bir kap içine eğimli şekilde yerleştirip kutunun üst kısmından kabın alt kısmına uzanan bir tüp ekledikten sonra kabı tuzlu su üzerinde yüzdürdü
  • Bu düzende su doğal olarak tüp boyunca kutunun içine yükseliyor; eğim ve güneş ısısı birleşerek içeride küçük bir girdap oluşturuyor

Test sonuçları ve maliyet tahmini

  • Araştırmacılar 1, 3 ve 10 aşamalı prototipler üretip performansı farklı tuzluluk seviyelerindeki sularda test etti
    • Testler, doğal deniz suyunun yanı sıra deniz suyundan 7 kat daha tuzlu suyu da içeriyordu
  • Test sonuçlarına dayanarak, her aşama 1 metrekareye ölçeklendiğinde saatte en fazla 5 litre içme suyu üretilebileceğini hesapladılar
  • Sistemin tuz biriktirmeden yıllarca suyu tuzdan arındırabileceği hesaplanıyor
  • Elektrik kullanmayan tamamen pasif bir sistem olması ve uzun ömürlü yapısı sayesinde, ABD'de musluk suyu üretim maliyetinden daha düşük işletme maliyetlerinin mümkün olabileceği tahmin ediliyor

Uygulama potansiyeli ve dış değerlendirme

  • Ölçeklenmiş cihaz, küçük bir ailenin günlük içme suyu ihtiyacını karşılayabilecek miktarda suyu pasif biçimde üretebilir
  • Deniz suyuna erişimin kolay olduğu şebeke dışı kıyı bölgeleri için bir su kaynağı olarak kullanılabilir
  • University of Texas at Austin'den Guihua Yu, bu yaklaşımın tuzdan arındırma alanındaki başlıca zorlukları hafiflettiğini ve özellikle yüksek tuzluluk sorunu yaşayan bölgeler için avantajlı olduğunu değerlendirdi
  • Modüler tasarım, ev tipi su üretimine uygun ve bireysel ihtiyaçlara göre ölçeklenebilirlik ile uyarlanabilirlik sunabilir

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2023-09-29
Hacker News yorumları

  • Bu yeniliğin kendisini küçümsemeye çalışmıyorum ama tuzdan arındırmada hâlâ büyük zorluklardan birinin, genellikle yüksek tuzlulukta konsantre su olan atık suyun nasıl bertaraf edileceği olduğunu biliyorum.
    Denize geri boşaltılırsa yerel ekosistemi bozabilir. Bununla ilgili bir Scientific American yazısı da var: https://www.scientificamerican.com/article/slaking-the-world...
    “Aşırı tuz, sudaki çözünmüş oksijeni azaltarak deniz tabanı hayvanlarını boğar”, “deniz canlılarına zarar vermekle kalmaz; aşırı tuzluluk, suyu tuzdan arındırmayı da daha zor ve pahalı hale getirir”

    • Genelde tuzluluk yalnızca yaklaşık 4 kat artar; %25 deşarj oranı varsayılırsa bu böyledir. Bu yüzden konsantre su deşarjının çok yerel bir çevre sorunu olduğunu ve uzağa yayılmadığını da hesaba katmak gerekir.
      Buna mutlaka çözülmemiş bir sorun demezdim. Bir otopark inşa ederken ekosistemi daha fazla bozabilirsiniz.
    • Western Australia’daki bu tuzdan arındırma tesisindeki konsantre su deşarj difüzörünün fotoğrafına bakılabilir: https://www.watercorporation.com.au/Our-water/Desalination/P...
    • Gerçekte bu, yalnızca suyun sığ ve iyi hareket etmediği yerlerde zor bir mesele. Biraz daha açık denize pompalarsanız, tuzu seyreltecek kelimenin tam anlamıyla bütün bir okyanus var.
      Örneğin California kıyıları, bol temiz güneş ve rüzgâr enerjisine sahip, ayrıca tuzdan arındırma için tüm Pasifik Okyanusu’na erişimi olan bir eyalet olduğu için su kıtlığı yaşamaması gereken bir yer; kıyıdan sadece birkaç mil açılınca derinlik hızla artıyor. Orada isteseniz bile deniz suyunun tuzluluğunu ölçülebilir biçimde değiştirmek zor.
      Bu yüzden çözüm boru hattı ve pompa. Maliyeti artırır ama bunun dışında tamamen çözülebilir bir sorun. Yeraltı suyu ve akiferler gibi doğal su kaynaklarını tüketmenin de büyük etkisi var. Düzgün yapılan tuzdan arındırma, stres altındaki ekosistemlerin bir kısmına toparlanma fırsatı bile verebilir.
    • Tartışmalı olabilir ama insanların içme suyu sorununu çözmenin, bazı yerel deniz canlılarının ortamını kötüleştirmekten daha değerli olduğunu kabul etmek en iyi çözüm olabilir.
    • Yaptığımız her şey çevreyi etkiler. Sadece suyu alıp tuzu almamak ve denizin bir bölümünü biraz daha tuzlu yapmak kulağa oldukça önemsiz bir sorun gibi geliyor.

  • Bu süreçle üretilen su, içme suyu için gereken minerallerden yoksun damıtılmış suya yakın olsa bile, yeterince ucuz ve ölçeklenebilir olursa Hindistan, Arap ülkeleri ve Kuzey Afrika ülkeleri bu temiz suyu yeraltına enjekte edip kendi topraklarında kalan az miktardaki tatlı suyla karıştırabilir gibi görünüyor.
    Sistemi günde 100 milyon litre üretim ölçeğinde kurup iç kesimlerde yeraltına pompalarsanız, Dünya gerekli mineralleri kendisi eklerken yeraltı su seviyesini yeterince besleyebilir.
    Bu suyla normalde mümkün olmayacak yerlere ağaç da dikilebilir.

    • Doğru. Hüsnükuruntu gibi görünebilir ama çölleşme sorunu o kadar büyük ki, mümkün olan her çareye ilk ilkelerden yaklaşıp uygulanabilirliğini değerlendirmek gerekiyor.
      Pasif tuzdan arındırma, kurak ortamlarda yerel ekosistemleri kendi kendine yetebilir bir seviyeye bootstrap etmenin yolu olabilir mi?

  • “Musluk suyundan daha ucuz” ifadesi kafa karıştırıcı. Tuzdan arındırma kullanan bir adada büyüdüm; o zaten bizim musluk suyumuzdu.

    • Evet, kategori hatası gibi görünüyor. Tuzdan arındırma bir üretim yöntemi, şebeke suyu ise bir iletim yöntemi.
    • Musluk suyunun ezici çoğunluğunun bu kategoriye girmediğini anlıyordur diye düşünüyorum.
    • Artık internetin ikinci bir başlık ya da alt başlık kullanmaya başlamasının zamanı geldi. Eskiden olduğu gibi yazının ne hakkında olduğunu açıklayabilmeli.
      İlk başlık tık tuzağı olabilir. Daha iyi tık tuzakları da istiyorum ama ne olup bittiğini de bilmek istiyorum. “Sınırsız ücretsiz içme suyu üretiyor!” => “Güneş enerjili damıtma cihazında tuz kalıntılarını giderme”

  • Neden her 3-4 yılda bir yeni ve daha ucuz bir tuzdan arındırma icadı haber oluyor?

    • Su ve gıda, hayatta kalmak için mutlak gerekli unsurlar. Meta yeni bir ürün çıkarırsa görmezden gelebilirsiniz ama su kıtlığını görmezden gelemezsiniz.
      Çoğu ülke güçlü su stresi sorunuyla ilgilenmeye başladı. Özellikle mevsimler artık eski örüntüleri tam olarak izlemediği için bu daha da geçerli. Ani kuraklıklar neredeyse tüm su tedarikini felce uğratabilir ve aşırı yeraltı suyu pompalaması zemini çökertir. Çin’de zemin çökmesi nedeniyle rastgele obruklar oluşması sorununa bakın.
      Modern su tuzdan arındırma oldukça yeni sayılır, bu yüzden teknolojik olarak büyüme alanı var. Daha iyi sistemler için patent açısından da cazip ve her zaman bir pazar da mevcut.
    • Su önemli.
    • Bu tür haberleri aşağı yukarı bu sıklıkta gördüğüm hissine kapılıyorum ama gerçekten ticari olarak mümkün hale gelen veya büyük ölçekte kullanılan örnekler de görüyor muyuz?
    • Kurak ülkeler ve bölgeler için önemli haber.

  • Nestle Strawman Inc. o patenti az önce satın aldı. Fikri mülkiyet hakkı ihlaline izin veren daha fazla ülke olsa da teknolojik gelişme serpilse keşke.

    • Çin bu konuda oldukça iyi sayılır.
    • Ah, gerçekten mi? İyimserliğim kayboluyor :|

  • Biriken tuzu yıkayıp atmak mı? Deniz tuzu libre başına yaklaşık 3 dolara satılıyor.

    • Amazon’da kabaca baktım; rafine edilmiş, kristalleştirilmiş, markalı gıda sınıfı tuzun kapıya teslim fiyatı libre başına yaklaşık 3 dolar.
      Buna olan talep oldukça sınırlı. Libre başına 1,50 dolara alabiliyorsunuz diye ne kadar daha fazla tuz kullanacaksınız?
      Buna karşılık bu cihazın ürettiği şey “konsantre deniz suyu”. Başlangıçtaki deniz suyunda bulunan algler, balık dışkıları, plastik kirleticiler vb. her şey aynen içinde.
    • O ölçekte yapılırsa piyasayı mala boğup fiyatı düşürecek gibi. Gerçek talebin olduğu bölgelerle ticaret yapılabilir ama antik deniz tabanı tortullarından buldozerle doğrudan kazıp çıkaran insanlarla rekabet etmek zorunda kalırsınız.
    • O tuzu kurutup satışa hazırlamak çok enerji gerektirir.
    • Tuz birikintileri cihazı tıkar ve tuzu hasat etmek için işgücü gerekir. Tuzu dışarı atarsanız cihaz yıllarca pasif olarak çalışabilir.

  • Bunu bir ‘kara kutu’ olarak görürsek, Güneş denen ısı kaynağı tüm suyu ısıtır. Suyun %10’unun buharlaşıp depolama bölümünde yoğuştuğunu varsayarsak, geri kalanı mevcut %3,5 tuzluluğa %0,35 daha eklenerek daha tuzlu hale gelir ve ısıyı korur.
    %10’unu boşaltıp yerine %3,5 tuzlulukta soğuk deniz suyu koyarsınız; boşaltım ters akışlı ısı eşanjöründen geçerse depolanan ısı korunur ve eklenen %0,35 tuz, önemsiz bir atık olarak dağılıp gider.
    En büyük sorun, alglerin ve yüzen deniz canlılarının kısa sürede çoğalıp tüm yüzeyleri tıkamasıdır. Tuzlu su/tatlı su akvaryumu kurmuş olan herkes bunun sorun olacağını bilir. Bu sistem, alg sorununa kadar; hatta deniz suyunda yaygın olan istiridye, midye ve kaya midyesi larvaları sorunundan önceye kadar çalışır.

  • Orijinal makaleyi veya tasarımı nerede bulabileceğini bilen var mı?

  • Bu sistem için patent başvurusu yapılıp yapılmadığına bakmakla başlayacağım. Şu anda arama yapamıyorum ama gerçek dünyada başarılı olma ihtimaline az da olsa inanmak için patent ve ilgili bir startup’a lisans verilmesi asgari adım olmalı.