- Güneş enerjili tuzdan arındırma sistemi, siyah metal paneller üzerinde ince bir su tabakasını yukarı çekerek güneş ışınımını emer, suyu damıtır ve kimyasal katkılar ile tuzlu su yan ürünleri olmadan tatlı su üretir
- Mevcut ters ozmoz ve termal damıtma yöntemleri enerji yoğundur ve ön/son işlem gerektirir; denize geri dönen tuzlu su atığı ise tuzluluğu artırıp oksijeni düşürerek deniz yaşamına zarar verir
- University of Rochester araştırmacıları, femtosaniye lazerle işlenmiş süper emici (superwicking) siyah metal yüzey üzerinde, aktif alanın tuzdan arındırmayı sürdürdüğü ve işlenmemiş yan yüzeylerin kalan tuz ile mineralleri topladığı bir tasarım geliştirdi
- Gerçek Pasifik, Atlantik ve Hint Okyanusu su örnekleriyle yapılan testlerde, kahve halkası etkisi sayesinde tuz ve mineraller pasif bölgeye taşındı; böylece yüzey kendi kendini temizledi ve panel verimi düşmeden toplama yapılabildi
- Aynı panel, tuzu katı halde neredeyse %100 oranında çıkarabildi; Great Salt Lake su örneklerinde ise tuzdan arındırma sonrası kalan tuzdan yaklaşık %50 lityum çıkarıldı
Enerji verimli tuzdan arındırma sistemi kimyasal katkı olmadan tatlı su üretiyor ve geriye kalan tuzu yararlı maddelere dönüştürüyor
- UN tahminlerine göre güvenli şekilde yönetilen içme suyuna erişimi olmayan insan sayısı 2,2 milyar; Kaliforniya'dan Orta Doğu'ya kadar birçok topluluk deniz suyunu tatlı suya çevirmek için tuzdan arındırma tesislerine bağımlı durumda
- Ters ozmoz ve termal damıtma gibi yaygın tuzdan arındırma teknolojileri enerji yoğundur ve suyun ön işleme ile son işleme tabi tutulmasını gerektirir; ayrıca yoğun tuzlu su yan ürünü olan brine bırakır
- Bu tuzlu su atığı yeniden denize verildiğinde suyun tuzluluğunu artırır ve oksijeni azaltarak deniz canlılarına zarar verir
- University of Rochester'ın Institute of Optics araştırmacıları, brine bırakmayan ve ön işlem için kimyasal katkı da gerektirmeyen yeni bir güneş enerjili tuzdan arındırma süreci geliştirdi
- Chunlei Guo liderliğindeki ekip, yöntemi Light: Science & Applications makalesinde yayımladı
- Teknolojinin merkezinde, femtosaniye lazerle aşındırılmış siyah metal panel yer alıyor; yüzey, ışığı son derece iyi emiyor ve suyu güçlü biçimde çekmesini sağlayan süper emici özellik taşıyor
- Lazerle işlenmiş aktif alan, yüzey üzerine ince bir su tabakası çekiyor, güneş ışınımının neredeyse tamamını emiyor ve suyu damıtıyor
- Geriye kalan tuz ve mineraller ise panelin işlenmemiş yan taraflarına, yani pasif bölgeye taşınarak aktif alanı tıkamıyor
- Bu yapı, tuzun aktif alanı kapatıp kesintisiz tuzdan arındırmayı engellemesi sorununu önlemek için tasarlandı
'Kahve halkası' etkisinin kullanımı ve atığın kaynağa dönüştürülmesi
-
'Kahve halkası' etkisinin kullanımı
- Mevcut güneş enerjili tuzdan arındırma araştırmalarında, yalnızca su ve sodyum klorürden oluşan yapay deniz suyuyla laboratuvar koşullarında iyi çalışan örnekler vardı
- Su buharlaştığında sodyum klorür parçacıklı ve gözenekli biçimde kristalleşiyor; bu sayede su geçerken tuzu yeniden çözebiliyor ve güneş paneli de kolayca temizlenebiliyor
- Gerçek deniz suyunun bileşimi çok daha karmaşık olduğundan saha testlerinde sorun çıkma eğilimi gösteriyor
- Magnezyum ve kalsiyum bazlı maddeler gibi deniz suyu bileşenleri, güneş paneli yüzeyinde sert ve gözeneksiz bir kabuk halinde kristalleşerek yüzeyi tıkıyor
- Bu durum zamanla duş başlığının tıkanmasına ya da kettle içinde kireç oluşmasına benziyor; ancak deniz suyunda musluk suyuna kıyasla yüzlerce kat daha fazla tuz bulunuyor
- Araştırma ekibi, siyah metalin oluklarını hassas biçimde işleyerek deniz suyundaki çeşitli tuz ve minerallerin yüzeyden ayrılmasını sağlayacak şekilde tasarladı
- Kahve halkası etkisi, bir damla kahvenin yüzeyde kuruduktan sonra kenarda yoğunlaşmış kahve parçacıklarından oluşan bir halka bırakması olayıdır
- Aynı ilke burada da kullanılarak tuz pasif bölgeye taşınıyor
- Pasifik, Atlantik ve Hint Okyanusu su örnekleriyle yapılan testlerde yüzeyin kendi kendini temizlediği görüldü
- Tatlı su çıkarılırken geriye kalan tuz pasif bölgeye gönderiliyor ve daha sonra toplanabiliyor
- Bu süreçte panel veriminde düşüş yaşanmıyor
-
Atığın kaynağa dönüştürülmesi
- Yeni tuzdan arındırma yönteminin belirgin avantajı, işlenmesi veya bertaraf edilmesi gereken brine bırakmak yerine tuzu katı halde neredeyse %100 oranında çıkarması
- Bu, sofra tuzu için bol bir kaynak olabilir; ayrıca elektrikli araçlar ve elektronik cihazlarda kullanılan lityum iyon pillerdeki lityum gibi daha değerli minerallerin çıkarılmasında da kullanılabilir
- İlgili Journal of Materials Chemistry A makalesi, aynı süper emici güneş paneliyle tuzdan arındırma sırasında lityumun diğer tuzlardan ayrılma yöntemini sunuyor
- Yöntem, siyah metal yüzeydeki mikro oluklara hidrojen titanate nanoparçacıkları yerleştirerek lityumu diğer tuz ve minerallerden ayırıyor
- Guo'ya göre yeryüzünden lityum madenciliği yapmak enerji ve çevre açısından çok ağır bir yük getirdiği için, lityumu doğrudan tuzlu sudan elde etme yaklaşımı gelecekte önemli bir yol olabilir
- Great Salt Lake su örnekleriyle yapılan deneylerde, tuzdan arındırma sonrasında kalan tuzdan yaklaşık %50 lityum çıkarıldı
- Süper emici tuzdan arındırma teknolojisi küçük ölçekli bir cihazda kavram kanıtı olarak gösterildi; Guo ise bu teknolojinin ölçeklenebilir olduğunu ve dünya genelinde içme suyuna erişim ile değerli mineral tedarik zincirlerinin sürdürülebilirliğini iyileştirebileceğini düşünüyor
1 yorum
Hacker News görüşleri
Tuzdan arındırma için temel bir asgari enerji gerekir
Bu, tuzdan arındırılmış suyun kalan tuzlu su tarafına ozmotik basınç uygulayıp bir pistonu ittiği durumda geri kazanılabilecek enerjiden daha az enerjiyle bunun mümkün olmadığı anlamına gelir ve bu değer büyüktür
Bu makale ısı tabanlı bir yöntem olduğu için elektrik girişi yok, ancak verimlilik iddia edilecekse aynı alanın güneş panelleri için kullanılıp mevcut tesislerin çalıştırılması durumuyla karşılaştırılması gerekir
Sınırlı bilgime göre mevcut ters ozmoz, enerji açısından teorik optimuma oldukça yakındır ve asıl zorluk membranın tıkanmasını çözmeye yönelik işletme problemidir. Elbette ters ozmoz da yağmurdan daha pahalıdır
Yine de doğrudan kristal tuz üretmesi ilginç; tuzlu sudan daha küçük hacimli olduğu için işlenmesi daha kolaydır ve belki de bir değeri olabilir
“Pasifik, Atlantik ve Hint Okyanusu su örnekleriyle güneşle tuzdan arındırma tekniğini test eden Guo ekibi, yüzeyin kendi kendini temizlemesini sağlayabildi. Yani tatlı suyu çıkarıp geride kalan tuzu pasif bölgeye göndererek daha sonra toplanmasını sağladı ve panel verimini düşürmedi” deniyor
Bu “büyük” bir iyileştirmeden çok orta düzey bir iyileştirme ve albedo değişimi de muhtemelen sınırlı; alan başına güneş enerjisi girdisi aynı
Bu sürecin maliyetine bağlı olarak net bugünkü değer açısından neredeyse aynı noktaya gelebilirler
Çünkü asidik atık su gölleri yer altından her türlü değerli metali çözer
Ters ozmozlu tuzdan arındırma tesisleri pompaları çalıştırmak için elektriğe ihtiyaç duyar ve bu elektrik %15~20 verimli panellerle üretilebilir
Ucuz ısıl tuzdan arındırma panelleri üretilebilirse, enerji verimliliği 6 kat daha düşük olsa bile öne geçebilir; ayrıca pahalı ve kırılgan tuzdan arındırma tesislerinden kaçınılırken düşük beceri gerektiren, dağıtık bir yapı kurulabilir
Buna karşılık katı kristal tuz daha uğraştırıcı taraftır
Makale burada: https://www.nature.com/articles/s41377-026-02315-4
Henüz cam kap içindeki laboratuvar ölçeğinde ve küçük bir örneği bile gerçekten kullanılabilir bir sisteme dönüştürmüş değiller
Büyük iddia, tıkanmaması; kapiler etki tuzu aktif bölgenin dışındaki başka bir alana taşıyor ve henüz geliştirilmemiş bir mekanizma da onu oradan uzaklaştırıyor. Bu kısmın kanıtlanması gerekiyor
Birkaç yıl boyunca tıkanmadan ve aktif malzeme değiştirmeden çalışan bir sistem kurabilirlerse bu gerçek bir ilerleme olur
Lazer yüzey işleme zaten bilinen bir teknoloji: https://www.youtube.com/watch?v=BKYOglHYo_Y
Boyaya hazırlıkta pürüzsüz bir yüzeyi çok yapısal bir biçimde pürüzlendirip nihai boyalı yüzeyi düzgün kılmak için kullanışlıdır
Kumlama ile pürüzlendirilirse ilk boya katmanı biraz düzensiz olur; sonra yeniden zımparalamak ve boyamak gerekir
Otomobil boyasında lazerle pürüzlendirme denendi ama ana akım olmadı; burada iyi soru, ticari lazer yüzey işleme ekipmanının bu yeni sürecin malzemesini üretip üretemeyeceğidir
İlk büyük ölçekli girişim başarısız olup terk edilmişti; ikinci girişimde öğrenilen şey, kazmanın en zor sorun olmadığı, toprağı taşımak olduğuydu. Gerçekten muazzam miktarda toprak vardı
Bununla ilgili olarak Path Between the Seas gerçekten çok iyi bir kitap ve elden bırakması zor
Fotoğraflarda yüzeyin biraz tuzla kaplandığı görülüyor; bu tür bir sistem için o “biraz” bile fazla görünüyor
Yine de iyi çalışmasını ve ölçeklenebilmesini umuyorum
Bunun, 4 gün önce 20 yorum alan aynı University of Rochester makalesi olduğu anlaşılıyor
https://news.ycombinator.com/item?id=48349507
“Deniz suyunu içme suyuna çevirmenin” en verimli yolu bence yağmur
Esasen dünyanın en büyük güneş enerjili tuzdan arındırma cihazının ürettiği çıktıyı daha iyi toplamak ve taşımak yeterli
Yamaç boyunca akış hızını yavaşlatırsanız bitki örtüsü artar, o bitki örtüsü de suyu tutar ve suyun toprağa sızması için daha fazla zaman olur; bu da yerel kuyulara yardımcı olur
Çöl bölgeleri bile tamamen “terraformed” hale getirilebilir: https://youtube.com/shorts/cfhbtgon4Nk?is=oAExB5UeMAsShBux
Rochester’dan çıkan araştırmaları görmek güzel. İster RIT, ister UofR, ister yakındaki okullar olsun, akademik açıdan gerçekten değeri bilinmeyen bir bölge
En azından bilim alanında, daha ünlü okullarda elde edilmesi zor olan birçok fırsata erişebildim
Hayatımın temelini, başka bir yerde zor olacak şekillerde kurmama yardımcı oldu
Garip bir soru olabilir ama, çöl dışında herhangi bir yerde tarımsal sulama için içilemez suyu büyük ölçekte üretmek amacıyla bir nem alıcıya güneş paneli takmak mümkün mü? Mümkün değilse nedeni ne?
Genelde havadaki nemin bu yöntemi değerlendirmeye yetecek kadar yüksek olduğu bölgelerde yağmur ve yeraltı suyuna zaten daha kolay erişim vardır
Israel içme suyunun %75–85'ini zaten tuzdan arındırmayla elde ediyor; sorun siyasi ve ekonomik işlev bozukluğu
Örneğin California, 1970'lerin teknolojisi ve nükleer enerjiyle geniş çaplı tuzdan arındırma yapabilir, ayrıca baraj rezervuarları ve su kanallarını da büyük ölçüde genişletebilirdi, ama yapmadı
Bu, 400'lü yıllardaki Rome'un önceki uygarlığın yaptığı su kemerlerini kullanırken yenilerini inşa etme yeteneğini kaybetmesine çok benziyor
Gerçekte işe yaramamasının nedeni aşırı verimsiz olması. Suyu yoğuşturmak için çok büyük miktarda ısıyı bir yere atmanız gerekir; bu fiziksel olarak temel bir kısıttır
Üstelik nem alıcının oldukça etkili olduğu yerler nemlidir ve genelde su kıtlığı o kadar şiddetli değildir. Çöllerde nem çok düşük olduğu için nem alıcı neredeyse hiç su üretemez
Nemli bir ortamda iyi bir nem alıcı bile günde yaklaşık 10 litre su üretmek için kW düzeyinde güç tüketir
Dünyada fiilen çöl olan ama sabah erken saatlerde düzenli olarak nemli sis alan yerler var; bu bölgeler, soğutma çevrimi icat edilmeden çok önce havadan su toplamayı öğrenmişti
Kelimenin tam anlamıyla tuzdan arındırma daha ucuz
Deniz suyuyla dolu dev bir sera yapıp bunu güneşle buharlaştırarak ardından nem alıcıyla toplamak da mümkün olabilir, ama yine de akıl almaz derecede verimsizdir. Suyun özgül ısısı çok yüksek olduğundan, ısıyla ayırmaya dayanan her yol çok büyük enerji harcar
Piyasadaki hiçbir nem alıcı yeterli suyu üretemez; sonunda 80 bin dolar harcarsınız ve doğrudan su siparişi vermek daha iyi olurdu
Fotomoleküler etki ile birleştirilirse enerji verimliliği daha da artabilir mi diye merak ediyorum
https://news.mit.edu/2024/how-light-can-vaporize-water-witho...
Eskiden beri Red Sea kıyısında deniz suyuyla dolu kanallar yapılıp, bu suyun cam bir tavan altında buharlaşarak tatlı su üretmesi ve geride kalan tuzun da madencilikle çıkarılması fikrinin neden yaygın olmadığını merak etmişimdir
kum → cam → ısıtılmış deniz suyu → tatlı su + mineraller → ??? → kârlı bir model mümkün gibi görünüyor
Buna mangrov çiftlikleri de eklenirse çöl kıyıları daha fazla yaşamı destekleyebilir diye düşünüyorum
Bu teknolojinin ölçeklenebilir olup olmadığını ve suyu ne kadar hızlı işleyebileceğini de merak ediyorum. Şeffaf güneş panelleriyle birleştirilirse oldukça etkileyici bir teknoloji olabilir
Yaklaşık 1 milyar dolar harcandı, ancak mali, siyasi ve çevresel sorunların iç içe geçmesi nedeniyle proje askıda kaldı
https://en.wikipedia.org/wiki/Red_Sea%E2%80%93Dead_Sea_Water...
Bunların hepsi camın altına üstüne yapışacaktır ve sonunda geride kalan tuz da birikecektir
Geriye kalan tuz, onu taşıyan yapılara ya da makinelere karşı çok yıpratıcıdır; bu da büyük cam yapıları onarmayı iyice zahmetli hale getirir
Bunca zahmetin sonunda elde edilen su sadece yavaş bir akışsa, çoğu durumda buna değmez