Ana Sayfa Makale Yeşeren Teknoloji Deniz ile nehir arasındaki sihirli mavi enerji

Deniz ile nehir arasındaki sihirli mavi enerji

Deniz suyu ve nehir suyu arasındaki tuz konsantrasyonu farkından enerji üretmek sihir gibi gelse de gerçekten işe yarıyor! Mavi enerji, sürdürülebilir gücün bu oldukça belirsiz biçimi yaygın olarak bilindiği gibi, büyük bir potansiyele sahiptir. Teoride, ortalama bir nehir, 142 metre yüksekliğindeki bir şelale kullanılarak elektrik üretilen bir hidroelektrik santrali kadar mavi enerji üretebilir. Doktora araştırmacı Diego Pintossi, mavi enerji üretiminde kullanılan membranları tıkayan kir sorununu anlamak ve çözmek için yeni yollar geliştirdi.

Mavi enerji, nehir ve deniz suyunda bulunan pozitif ve negatif yüklü tuz iyonlarının “iyon değişim membranları” adı verilen zarlardan geçtiği “ters elektrodiyaliz” (RED) olarak bilinen bir teknoloji ile elde edilir. Bu yük hareketi elektrik enerjisi üretir.

Tüm süreç, deniz suyunun çok tuzlu ve nehir suyunun çok az tuzlu olduğu fikrine dayanmaktadır. Elektrik üretmek için sıvılar arasındaki tuz konsantrasyonlarındaki farklılıkları kullanabiliriz. Ters elektrodiyaliz, adından da anlaşılacağı gibi, suyu temizlemek veya tuzdan arındırmak için yaygın olarak kullanılan bir teknoloji olan elektrodiyaliz ile aynı işlemi kullanır, ancak ters sırada.

Gücü biriktirmek

Farklı tuz konsantrasyonları içeren su akışlarının karışabilmesi, entropi nedeniyle kendiliğinden bir süreçtir. Profesör Kitty Nijmeijer‘in Membran Materyalleri ve Süreçleri grubunun bir parçası olan ve araştırmasını sürdürülebilir su teknolojisi için Leeuwarden merkezli bir Avrupa araştırma merkezi olan Wetsus‘ta yapan araştırmacı Diego Pintossi, “Bunu, kendiliğinden bir denge durumu yaratmaya çalışan doğa olarak düşünün.” diye açıklıyor.

“İki akış arasına membranlar yerleştirerek çözeltiler arasında hangi tuz iyonlarının değiş tokuş edileceğini seçebilirsiniz. Bu durumda iki membran kullanıyoruz: Bir membran negatif yüklü klor anyonlarını (Cl) ve diğer membran pozitif yüklü sodyum katyonlarını (Na+) taşır. Membranlar, yakıt hücrelerinde olduğu gibi yığınlar halinde yerleştirilir, böylece bireysel voltaj farkları yeterli elektrik üretmek için birleştirilebilir.”

Mavi enerji, yenilenebilir türlerden güneş ve rüzgardan elde edilen enerjiye oranla günlük dalgalanmalara karşı çok daha az hassastır, ancak membranların maliyeti şu ana kadar teknolojinin yaygın olarak benimsenmesini engellemiştir. Ancak son yıllarda bu alanda bazı heyecan verici gelişmeler oldu. 2014 yılında, Waddenzee (tuzlu su) ve IJsselmeer’den (tatlı su) gelen su kullanılarak Afsluitdijk’te dünyanın ilk mavi enerji santrali (50 kW/s) devreye alındı.

mavi enerji santrali

Kirlenme sorununu ortadan kaldırmak

Pintossi, “Nehir ve deniz suyunu kullanırken önemli bir sorun kirdir.” diyor. “Bakteri, kil, tuzlar veya organik maddeler gibi suda çözünen bileşenler membran üzerinde ve içinde birikebilir, böylece hücrenin elektriksel güç çıkışını azaltır.”

Pintossi araştırmasında, daha çok ‘kirlenme’ olarak bilinen bu soruna çözümler aramıştır. İlk olarak, kirlenme sürecini izlemek için yeni bir teknik geliştirmiştir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi ile kirlenmenin ne zaman oluştuğunu erken bir aşamada tahmin edilebileceğini ortaya koymuştur. Bu, yığınları ne zaman temizlemeniz gerektiğine ve ne kadar temizlik gerektiğine karar vererek kirlenmeye erken önlem alınabileceğini öne sürmüştür.

Araştırmacı daha sonra sülfatın membranlar üzerindeki etkisini incelemiştir. “Sülfat gibi büyük, negatif yüklü parçacıkların membran yükleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiklerinden hücrelerin güç çıkışını ciddi şekilde azaltabileceğini biliyoruz. Bu, tuzlu su parçacıklarının taşınmasını engeller ve elektrik üretimini etkiler.”

Pintossi ayrıca kirlenmenin elektrik üretimi üzerindeki etkilerini açıklamak için iki model geliştirmiştir. Bu modeller, özellikle büyük ölçekli tesislerde elektrik üretimini tahmin etmek için ve tesislerin maliyetini düşürmede etkin rol alacağını belirtmiştir.

Zwitterion (dipolar iyon) kaplama

Tabii ki, kirlenme sorununun nedenini belirlemek kirlenmenin kendisini çözmeyecektir. Bu nedenle araştırmacı, membran yüzeyini kirlenmeye karşı daha dirençli hale getirmek için membran yüzeyini değiştiren iki başarılı kimyasal yaklaşım da geliştirmiştir. Her ikisi de “zwitterion” adı verilen özel bir kaplama kullanır.

Pintossi, “Zwitterionlar veya iç tuzlar, eşit sayıda pozitif ve negatif yüklü parçacık içeren moleküllerdir. Bu nedenle, RED hücresindeki membranları daha hidrofilik hale getirme eğilimindedirler; başka bir deyişle, suya daha çok çekilirler. Bu, yalnızca kirlenmenin başlamasını geciktirmekle kalmaz, aynı zamanda büyümesini de geciktirir.” diye açıklıyor.

“Özetle, araştırmam mavi enerjinin sürdürülebilir, yenilenebilir enerji kaynağı olarak büyük ölçekli uygulanmasına yönelik önemli bir adımdır.”

Makine öğrenimi

İtalya’dan genç araştırmacı, gelecek için makine öğreniminin kullanımında çok şey vaat ediyor. “Membranlar, su ve kirlenme arasındaki ilişki son derece karmaşıktır ve bu nedenle mekanik bir şekilde modellemek çok zordur.”

“Ancak, büyük miktarda veri kullanarak, örneğin Afsluitdijk’teki pilot kurulum, RED yığın ve su özelliklerini RED yığın kirlenme derecesiyle ilişkilendiren bir makine öğrenimi modeli oluşturabileceğiz. Bu şekilde, kirlenme sürecini daha da iyi anlayabiliriz.”

 

Kaynak

https://techxplore.com/news/2021-06-energy-salt-differences-sea-river.html

Yorum Yap

Please enter your comment!
Please enter your name here

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Son Yazılar

Son Yorumlar